JP4241370B2 - Use of duckweed in high-speed, high-throughput screening - Google Patents

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Abstract

Methods for high-throughput screening in duckweed are disclosed. In one aspect, these methods are used to identify nucleotide sequences encoding polypeptides of interest. In another aspect, these methods are used to identify nucleotide sequences that modulate the expression of a target nucleotide sequence. The methods combine the predictive benefits of screening in whole plants with the speed and efficiency of a high throughput system.

Description

本発明はウキクサを用いる高速大量処理スクリーニングのための方法に関する。   The present invention relates to a method for high-speed, high-throughput screening using duckweed.

ウキクサは単子葉植物ファミリーLemnaceaeの唯一のメンバーである。4つの属および34の種は全て、その地理的範囲が地球全体にわたる小型の浮遊性の淡水性植物である(Landolt,Biosystematic Investigation on the Family of Duckweeds:The Family of Lemnaceae−A Monograph Study Geobatanischen Institut ETH,Stifung Rubel,Zurich(1986))。ウキクサは、既知の最も形態学的に退化した植物であるが、大部分のウキクサの種は根、茎、花、種子および葉状体を含むもっと大型の植物の組織および器官を全て有している。ウキクサ種は十分に研究されており、そしてその生態学、分類学、ライフサイクル、代謝、病気および害虫に対する感受性、その繁殖生物学、遺伝子構造および細胞生物学について詳記される相当量の文献が存在する。(Hillman、Bot.Review 27:221(1961);Landolt、Biosystematic Investigation on the Family of Duckweeds:The Family of Lemnaceae−A Monograph Study Geobatanischen Institut ETH,Stifung Rubel,Zurich(1986))。   Duckweed is the only member of the monocot plant family Lemnaceae. All four genera and 34 species are small, floating, freshwater plants whose geographic extent spans the entire globe (Landolt, Biosystemic Investing on the Family of Duckweeds: The Family of Affinity in Lemnae Stiffung Rubel, Zurich (1986)). Duckweed is the most known morphologically degenerated plant, but most duckweed species have all the tissues and organs of larger plants including roots, stems, flowers, seeds and fronds . Duckweed species are well-studied and there is a substantial amount of literature detailing their ecology, taxonomy, life cycle, metabolism, susceptibility to diseases and pests, their reproductive biology, genetic structure and cell biology Exists. (Hillman, Bot. Review 27: 221 (1961); Landolt, Biosystemic Investigation on the Family of Stimulation of Duckweeds: The Family of Lemmaet-A Mant.

ウキクサの生育習性は微生物培養方法に理想的である。植物は酵母の無性生殖性増殖に類似の巨視的様式で新規葉状体の植物性出芽を介して増殖する。この増殖は分裂細胞からの植物性出芽により生じる。分裂領域は小型であり、そして葉状体の腹面に見出される。分裂細胞は中央脈の各々の側面にある2つのポケットにある。小型の中央脈領域は根が発生し、そして各葉状体をその母葉状体に繋ぐ幹ができる部位でもある。分裂ポケットは組織フラップにより保護されている。葉状体はこれらのポケットから交互に出芽する。倍化時間は種によって異なり、20から24時間ほどの短時間である(Landolt、Ber.Schweiz.Bot.Ges.67:271(1957);Changら、Bull.Inst.Chem.Acad.Sin.24:19(1977);DatkoおよびMudd、Plant Physiol.65:16(1970);Venkataramanら、Z.Pflanzenphysiol.62:316(1970))。   The growth habit of duckweed is ideal for microbial culture methods. Plants grow through new foliar plant budding in a macroscopic manner similar to yeast asexual reproduction. This growth occurs by plant budding from dividing cells. The division region is small and is found on the ventral surface of the frond. Dividing cells are in two pockets on each side of the central vein. The small central vein region is also a site where roots are formed and a trunk is formed that connects each frond to its mother frond. The division pocket is protected by a tissue flap. The frond buds alternately from these pockets. The doubling time varies from species to species and is as short as 20 to 24 hours (Landalt, Ber. Schweiz. Bot. Ges. 67: 271 (1957); Chang et al., Bull. Inst. Chem. Acad. Sin. 24. : 19 (1977); Datko and Mudd, Plant Physiol. 65:16 (1970); Venkataraman et al., Z. Pflanzenphysiol. 62: 316 (1970)).

アグロバクテリウム媒介遺伝子導入、バリスティック・ボンバードメント、またはエレクトロポレーションなどの多くの方法のいずれかによりウキクサ植物およびウキクサ根粒培養物を効率的に形質転換することができる。関心あるヌクレオチド配列および選択物質に対する抵抗性を付与する遺伝子の双方でウキクサ細胞を形質転換し、続いて選択物質を含有する培地中で形質転換された細胞を培養することにより、安定したウキクサ形質転換体を単離することができる。米国特許第6,040,498号および米国特許出願第60/221,705号参照(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)。   Duckweed plants and duckweed nodule cultures can be efficiently transformed by any of a number of methods such as Agrobacterium-mediated gene transfer, ballistic bombardment, or electroporation. Stable duckweed transformation by transforming duckweed cells with both a nucleotide sequence of interest and a gene conferring resistance to the selective substance, followed by culturing the transformed cells in a medium containing the selective substance The body can be isolated. See US Pat. No. 6,040,498 and US Patent Application No. 60 / 221,705, which is hereby incorporated by reference.

植物ゲノムシークエンシングの最近の進歩により、新規ポリペプチドをコードする遺伝子配列、およびこれらのコード配列の発現を制御するために提供され得る関連ヌクレオチド配列に関する多量の情報が提供されている。しかしながら、これらの配列データは、これらのヌクレオチド配列の生理学的に重要な過程における正確な役割に関する情報を提供していない。   Recent advances in plant genome sequencing have provided a great deal of information regarding gene sequences encoding novel polypeptides and related nucleotide sequences that can be provided to control the expression of these coding sequences. However, these sequence data do not provide information on the exact role of these nucleotide sequences in physiologically important processes.

新規遺伝子の機能を決定または確認するために、一般にこれらの遺伝子をインビボで発現させる必要がある。植物におけるその活性を決定するためにヌクレオチド配列をスクリーニングする場合、最も高い成功率が予測されるのは全植物での配列活性に関する試験からである。しかしながら、土壌で成長した無傷の植物の温室試験は時間および場所をとる。これらのスクリーニングを準備し、手入れをし、そしてスコア化するのに多大な労力も必要とされ、これらのステップは概して自動化できない。   In order to determine or confirm the function of new genes, it is generally necessary to express these genes in vivo. When screening a nucleotide sequence to determine its activity in plants, the highest success rate is predicted from a test for sequence activity in all plants. However, greenhouse testing of intact plants grown in soil takes time and space. A great deal of effort is required to prepare, care for, and score these screens, and these steps are generally not automatable.

成功が予測される全植物スクリーニングを規模および経費が縮小された高速大量処理スクリーニングと組み合わせた系でのヌクレオチド配列に関するスクリーニング方法が望ましい。従って、本発明はウキクサ系での高速大量処理スクリーニングを実施するための方法を提供する。   A screening method for nucleotide sequences in a system that combines whole plant screening, which is expected to be successful, with high-speed, high-throughput screening at reduced scale and cost is desirable. Accordingly, the present invention provides a method for performing high-speed, high-throughput screening in duckweed systems.

ウキクサ系において核酸分子の生物学的機能を決定するための、および関心ある核酸分子を識別するための高速大量処理方法が提供される。   Fast mass processing methods are provided for determining the biological function of nucleic acid molecules in duckweed systems and for identifying nucleic acid molecules of interest.

本発明の方法は、核酸分子の迅速および効率的な識別ならびにキャラクタリゼーションを可能にする自動化を施すことができる。複数のサンプルを同時に処理できるように高密度フォーマット(high-density format)で該方法を実施することができる。加えて、本発明の方法の複数のステップを同一の高密度フォーマットで実施することができる。例えば、一つの実施形態では、ウキクサ培養の形質転換、選択および再生を同一の高密度フォーマットプレートで全て実施することができる。ウキクサ培養の形質転換の後、関心ある核酸分子を短縮された時間枠内で識別できるようなヌクレオチド配列の高速度スクリーニングが本発明の方法により提供される。最終的には、形質転換されたウキクサ系の非常に効率のよい回収が本発明の方法により提供される。   The methods of the invention can be automated to allow rapid and efficient identification and characterization of nucleic acid molecules. The method can be performed in a high-density format so that multiple samples can be processed simultaneously. In addition, multiple steps of the method of the present invention can be performed in the same high density format. For example, in one embodiment, duckweed culture transformation, selection and regeneration can all be performed on the same high density format plate. After transformation of duckweed culture, a high speed screening of nucleotide sequences is provided by the method of the present invention so that the nucleic acid molecules of interest can be distinguished within a shortened time frame. Ultimately, a highly efficient recovery of transformed duckweed systems is provided by the method of the present invention.

本発明の方法はウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物またはウキクサプロトプラスト細胞培養物のヌクレオチド配列での形質転換に関与する。次いでウキクサ系を操作して関心ある核酸分子を同定する。   The method of the invention involves the transformation of duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture or duckweed protoplast cell culture with nucleotide sequences. The duckweed system is then manipulated to identify the nucleic acid molecule of interest.

一つの実施形態では、ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物またはウキクサプロトプラスト細胞培養物を被験ヌクレオチド配列で形質転換し、そして被験ヌクレオチド配列の生物学的機能を決定し、それにより被験ヌクレオチド配列が関心ある核酸分子であるかどうかを決定する。   In one embodiment, a duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture or duckweed protoplast cell culture is transformed with a test nucleotide sequence and the biological function of the test nucleotide sequence is determined, To determine whether the test nucleotide sequence is a nucleic acid molecule of interest.

別の実施形態では、レポーターヌクレオチド配列がウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物またはウキクサプロトプラスト細胞培養物のDNAに組み込まれるような条件下で、ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物またはウキクサプロトプラスト細胞培養物をレポーターヌクレオチド配列で形質転換し、そしてレポーターヌクレオチド配列が関心ある核酸分子に機能的に連結されるようにウキクサDNAに組み込まれているかどうかを決定することにより関心ある核酸分子を同定する。   In another embodiment, the duckweed plant culture, duckweed nodule culture, under conditions such that the reporter nucleotide sequence is incorporated into the DNA of the duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture or duckweed protoplast cell culture. A duckweed, duckweed suspension culture or duckweed protoplast cell culture with a reporter nucleotide sequence and determine whether the reporter nucleotide sequence is incorporated into duckweed DNA so that it is operably linked to the nucleic acid molecule of interest To identify the nucleic acid molecule of interest.

本発明は関心ある核酸分子を同定およびキャラクタリゼーションするための、ウキクサ系における核酸分子の高速大量処理スクリーニングの方法に関する。これらの方法は成功が予測される全植物のスクリーニングを、典型的には単一の細胞技術に関連する高速大量処理スクリーニングの規模、労力、時間および経費効率と組み合わせる。   The present invention relates to a method for rapid high-throughput screening of nucleic acid molecules in duckweed systems for identifying and characterizing nucleic acid molecules of interest. These methods combine the screening of whole plants that are expected to be successful with the scale, effort, time and cost efficiency of high-throughput screening screens typically associated with single cell technology.

[定義]
本発明の方法は高速大量処理スクリーニング法である。本明細書で用いる「高速大量処理方法」とは少なくとも以下の一つが当てはまる方法を意図する。
[Definition]
The method of the present invention is a high-speed, high-throughput screening method. As used herein, the “high-speed mass processing method” intends a method in which at least one of the following applies.

(1)該方法を高密度フォーマット、すなわち、一つ以上のサンプルを同時に処理するような様式で実施する。例えばある実施形態では、少なくとも12以上、少なくとも24以上、少なくとも48以上、少なくとも96以上、または少なくとも384以上のサンプルを単一のプレートまたはその他の容器内で処置できる。各ウェルに多孔性支持システムを加えることにより、プレートまたはその他の容器を特にウキクサ培養物の成長、維持、および自動化処理に適応させることができる。例えば2001年5月30日出願の米国仮特許出願第60/294,430号、および2002年5月28日出願の「高速大量処理スクリーニングのためのプレートおよび方法」と題した米国特許出願を参照されたい。   (1) The method is carried out in a high density format, i.e., in such a way that one or more samples are processed simultaneously. For example, in certain embodiments, at least 12, or more, at least 24, at least 48, at least 96, or at least 384 or more samples can be treated in a single plate or other container. By adding a porous support system to each well, plates or other containers can be specifically adapted for the growth, maintenance, and automation of duckweed cultures. See, eg, US Provisional Patent Application No. 60 / 294,430, filed May 30, 2001, and US Patent Application entitled “Plates and Methods for High-Speed Mass Screening”, filed May 28, 2002. I want to be.

(2)複数のステップ、例えばウキクサ培養物の形質転換、選択および再生を同一の高密度フォーマットプレートまたは容器で実施できるように方法を実施する。一つの実施形態では、ウキクサ培養物の移動をステップ間で必要としないように形質転換ステップ、選択ステップおよび再生ステップから選択される2つまたはそれ以上のステップを同一プレート内で実施する。   (2) Implement the method so that multiple steps, such as transformation, selection and regeneration of duckweed cultures can be performed in the same high density format plate or vessel. In one embodiment, two or more steps selected from a transformation step, a selection step and a regeneration step are performed in the same plate so that transfer of duckweed culture is not required between steps.

(3)自動化を施すことができる、すなわち実験室ロボットステーションを用いて方法の一つまたはそれ以上のステップを実施することができる。   (3) Automation can be applied, i.e. one or more steps of the method can be carried out using a laboratory robot station.

(4)本発明の方法によりヌクレオチド配列の高速スクリーニングが可能になる。例えば、本発明のある実施形態では、形質転換後わずか4から16週間で、例えば4週間またはそれ以内、5週間またはそれ以内、6週間またはそれ以内、7週間またはそれ以内、8週間またはそれ以内、9週間またはそれ以内、10週間またはそれ以内、11週間またはそれ以内、12週間またはそれ以内、13週間またはそれ以内、14週間またはそれ以内、15週間またはそれ以内、16週間またはそれ以内に形質転換されたウキクサをアッセイして関心ある核酸分子を同定することができる。   (4) The method of the present invention enables high-speed screening of nucleotide sequences. For example, in certain embodiments of the invention, only 4 to 16 weeks after transformation, eg, 4 weeks or less, 5 weeks or less, 6 weeks or less, 7 weeks or less, 8 weeks or less , 9 weeks or less, 10 weeks or less, 11 weeks or less, 12 weeks or less, 13 weeks or less, 14 weeks or less, 15 weeks or less, 16 weeks or less The converted duckweed can be assayed to identify the nucleic acid molecule of interest.

(5)本発明の方法により、形質転換された少なくとも30%以上、少なくとも35%以上、少なくとも40%以上、少なくとも45%以上、少なくとも50%以上、少なくとも55%以上、少なくとも60%以上、少なくとも65%以上、少なくとも70%以上、少なくとも約75%、少なくとも約80%以上、少なくとも約85%以上、少なくとも約90%以上、少なくとも約95%以上のウキクサ培養物が被験ヌクレオチド配列またはレポーターヌクレオチド配列を含むトランスジェニックウキクサ系を生じるような非常に効率のよい、形質転換されたウキクサ系の回収が提供される。   (5) At least 30%, at least 35%, at least 40%, at least 45%, at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 65 transformed by the method of the present invention. % Or more, at least 70% or more, at least about 75%, at least about 80% or more, at least about 85% or more, at least about 90% or more, at least about 95% or more of a duckweed culture contains a test nucleotide sequence or a reporter nucleotide sequence A very efficient recovery of transformed duckweed lines is provided that results in transgenic duckweed lines.

本明細書で用いる「ウキクサ系」または「ウキクサ培養物」なる用語はウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物およびウキクサプロトプラスト培養物を包含する。   As used herein, the term “duckweed line” or “duckweed culture” includes duckweed plant cultures, duckweed nodule cultures, duckweed suspension cultures and duckweed protoplast cultures.

本明細書で用いる「ウキクサ植物培養物(duckweed plant culture)」なる用語は大部分が十分に分化したウキクサ植物を含む培養物を意味する。   As used herein, the term “duckweed plant culture” refers to a culture that contains mostly well-differentiated duckweed plants.

本明細書で用いる「ウキクサ根粒培養物」なる用語は、少なくとも約50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、または100%の細胞が分化した細胞であるウキクサ細胞を含む培養物を意味する。本明細書で用いる「分化した細胞」は、それを未分化細胞から、または別の組織型で見出される細胞から区別する少なくとも一つの表現型特性(例えば特徴的な細胞形態学またはマーカー核酸もしくはタンパク質の発現)を有する。ある実施形態では、ウキクサ根粒培養物は本明細書の別の部分で記載するウキクサ微小根粒を含む。   As used herein, the term “duckweed nodule culture” means at least about 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, or 100% Means a culture containing duckweed cells which are differentiated cells. As used herein, a “differentiated cell” is at least one phenotypic characteristic (eg characteristic cell morphology or marker nucleic acid or protein) that distinguishes it from undifferentiated cells or from cells found in another tissue type. Expression). In certain embodiments, the duckweed nodule culture comprises duckweed micronodule as described elsewhere herein.

本明細書で用いる「ウキクサ懸濁培養物」なる用語は、分散したウキクサ細胞、例えば分散したウキクサカルス細胞を含む培養物を意味する。概して、ウキクサ懸濁培養物は単一の細胞および種々の大きさの組織化されていない細胞凝集物の双方を含む。   As used herein, the term “duckweed suspension culture” refers to a culture comprising dispersed duckweed cells, such as dispersed duckweed callus cells. Generally, duckweed suspension cultures contain both single cells and various sized unorganized cell aggregates.

「ウキクサプロトプラスト培養物」なる用語は、少なくとも約50%、60%、70%、80%または90%のウキクサ細胞が細胞壁を欠くウキクサ細胞を含む培養物を意味する。植物細胞からプロトプラスト細胞を作製するための方法は、例えばEriksson,Plant Protoplasts(1995),Fowkeら編、CRC Press(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に記載されている。   The term “duckweed protoplast culture” refers to a culture comprising duckweed cells in which at least about 50%, 60%, 70%, 80% or 90% duckweed cells lack a cell wall. Methods for generating protoplast cells from plant cells are described, for example, in Eriksson, Plant Protoplasts (1995), edited by Fowke et al., CRC Press (which is hereby incorporated by reference). .

本明細書で用いる「生物学的機能」なる用語は核酸分子またはポリペプチドの生物学的活性または特性を意味する。例えば核酸分子の生物学的機能には、生物学的応答を調節(modulate)すること、ポリペプチドをコードすること、および標的ヌクレオチド配列の発現を調節することなどがある。ポリペプチドの生物学的機能の実例には、生物学的応答を調節すること、関心ある構造特性を付与すること、関心ある生化学的活性を付与すること、および関心ある制御活性を付与することなどがある。特に調節および制御活性の限定的ではない例としては、関心ある基質に結合する能力、関心あるリガンドに結合する能力、関心ある反応を触媒する能力、植物ホルモンに対する応答を調節する能力、植物成長レギュレーターに対する応答を調節する能力、環境的撹乱に対する応答を調節する能力、生理学的撹乱に対する応答を調節する能力、一つまたはそれ以上の病原体に対する応答を調節する能力、および一つまたはそれ以上の毒素に対する応答を調節する能力などがある。   As used herein, the term “biological function” refers to a biological activity or property of a nucleic acid molecule or polypeptide. For example, the biological function of a nucleic acid molecule includes modulating a biological response, encoding a polypeptide, and modulating the expression of a target nucleotide sequence. Examples of biological functions of polypeptides include modulating biological responses, imparting structural properties of interest, imparting biochemical activities of interest, and imparting regulatory activities of interest and so on. In particular, non-limiting examples of regulatory and regulatory activities include the ability to bind to the substrate of interest, the ability to bind to the ligand of interest, the ability to catalyze the reaction of interest, the ability to modulate the response to plant hormones, plant growth regulators Ability to modulate responses to environmental disturbances, ability to modulate responses to physiological disturbances, ability to modulate responses to one or more pathogens, and to one or more toxins Such as the ability to adjust the response.

本明細書で用いる「発現」なる用語はヌクレオチド配列の転写または翻訳を意味する。   As used herein, the term “expression” refers to the transcription or translation of a nucleotide sequence.

「ウキクサ」なる用語はLemnaceaeファミリーのメンバーを意味する。このファミリーは現在以下のウキクサの4つの属および34の種に分けられている。Lemna属(L.aequinocitalis,L.disperma,L.ecuadoriensis,L.gibba,L.japonica,L.minor,L.miniscula,L.obscura,L.perpusilla,L.tenera,L.trisulca,L.turionifera,L.valdiviana);Spirodela属(S.intermedia,S.polyrrhiza,S.punctata);Wolffia属(Wa.angusta,Wa.arrhiza,Wa.australina,Wa.borealis,Wa.brasiliensis,Wa.columbiana,Wa.elongata,Wa.globosa,Wa.microscopica,Wa.neglecta);およびWolfiella属(Wl.caudata,Wl.denticulata,Wl.gladiata,Wl.hyalina,Wl.lingulata,Wl.repunda,Wl.rotundaおよびWl.neotropica)。Lemnaceaeのその他のいずれかの属または種が存在すれば、それもまた本発明の態様である。Landolt,Biosystematic Investigation on the Family of Duckweeds:The Family of Lemnaceae−A Monograph Study Geobatanischen Institut ETH,Stifung Rubel,Zurich(1986)に記載されるように、分類学体系を用いてLemna種を分類することができる。   The term “duckweed” refers to a member of the Lemnaceae family. This family is currently divided into the following four genera and 34 species of duckweed. The genus of Lemna (L. aequinocitalis, L. disperma, L. ecuadoriensis, L. gibbba, L. japonica, L. minor, L. miniscula, L. obscura, L. perpusilla, L. tenura, L. tenura, L. tenera, L. Spirodella (S. intermedia, S. polyrrhiza, S. puncata); Wolfia (Wa. Angusta, Wa. Anrrumiza, Wa. Australina, Wa. Boreales., Wa. Boreales.). Elongata, Wa.globosa, Wa.microscopi a, Wa.neglecta); and Wolfiella genus (Wl.caudata, Wl.denticulata, Wl.gladiata, Wl.hyalina, Wl.lingulata, Wl.repunda, Wl.rotunda and Wl.neotropica). If any other genus or species of Lemnaceae is present, it is also an aspect of the present invention. Landolt, Biosystemic Investigation on the Family of Duckweeds: Classify the Family of Lemnaceae-A Monograph Study GeH .

ヌクレオチド配列を参照して本明細書で用いる、「機能的に連結された」とは互いに機能的な関係に配置された複数のヌクレオチド配列を意味する。例えばプロモーターヌクレオチド配列が、第2のヌクレオチド配列の転写を誘導できるように配置されている場合、プロモーターヌクレオチド配列は第2のヌクレオチド配列に機能的に連結されている。   As used herein with reference to a nucleotide sequence, “operably linked” means a plurality of nucleotide sequences arranged in a functional relationship with each other. For example, a promoter nucleotide sequence is operably linked to a second nucleotide sequence when the promoter nucleotide sequence is positioned so that transcription of the second nucleotide sequence can be induced.

関心ある核酸分子を同定するための方法はウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物またはウキクサプロトプラスト細胞培養物をヌクレオチド配列で形質転換するステップを含む。ある実施形態では、ヌクレオチド配列は被験ヌクレオチド配列またはレポーターヌクレオチド配列である。当分野で公知のいずれかの方法を用いてウキクサ培養物を形質転換することができる。一つの実施形態では、Stompらに対する米国特許第6040498号、または米国特許出願第60/221705号(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に開示される遺伝子導入方法の一つにより、安定して形質転換されたウキクサが得られる。これらの参照文献に記載された方法には関心あるヌクレオチド配列を含む核酸でコーティングした微粒子銃を用いるバリスティック・ボンバードメントによる遺伝子導入(遺伝子銃ボンバードメント、微粒子銃ボンバードメント、または微粒子ボンバードメントとしても公知である)、エレクトロポレーションによる遺伝子導入、および関心あるヌクレオチド配列を含むベクターを含むアグロバクテリウム媒介遺伝子導入などがある。トランスジェニックウキクサ系の選択および再生についてはこれらの参照文献ならびに本明細書の他の部分に記載されている。一つの実施形態では、Stompらに対する米国特許第6,040,498号にて開示されるアグロバクテリウム媒介法のいずれか一つにより安定して形質転換されたウキクサが得られる。使用されたアグロバクテリウムはアグロバクテリウム−ツメファシエンスまたはAgrobacterium rhizogenesである。もう一つの実施形態では、PEG媒介形質転換を用いてウキクサ培養物を形質転換する。例えば、Lazerri,Methods Mol.Biol.49:95−106(1995);Mathurら、Methods Mol.Biol.82:267−276(1998);Dettaら、Methods Mol.Biol.111:335−347(1999)(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)を参照。   A method for identifying a nucleic acid molecule of interest includes transforming a duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture or duckweed protoplast cell culture with a nucleotide sequence. In certain embodiments, the nucleotide sequence is a test nucleotide sequence or a reporter nucleotide sequence. Duckweed cultures can be transformed using any method known in the art. In one embodiment, one of the gene transfer methods disclosed in US Pat. No. 6,040,498 to Stump et al., Or US Patent Application No. 60/221705, which is hereby incorporated by reference. As a result, a stably transformed duckweed is obtained. The methods described in these references include gene transfer by ballistic bombardment using a particle gun coated with a nucleic acid containing a nucleotide sequence of interest (also known as gene gun bombardment, particle gun bombardment, or particle bombardment). Known)), gene transfer by electroporation, and Agrobacterium-mediated gene transfer including vectors containing the nucleotide sequence of interest. Selection and regeneration of transgenic duckweed lines is described in these references and elsewhere in this specification. In one embodiment, duckweed stably transformed by any one of the Agrobacterium-mediated methods disclosed in US Pat. No. 6,040,498 to Stomp et al. Is obtained. The Agrobacterium used is Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes. In another embodiment, duckweed cultures are transformed using PEG-mediated transformation. For example, Lazerri, Methods MoI. Biol. 49: 95-106 (1995); Mathur et al., Methods Mol. Biol. 82: 267-276 (1998); Detta et al., Methods Mol. Biol. 111: 335-347 (1999), which is hereby incorporated by reference.

一つの実施形態では、ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物またはウキクサプロトプラスト細胞培養物を高密度フォーマットプレートまたはその他の容器、例えば24ウェルプレート、48ウェルプレート、または96ウェルプレートで形質転換する。各ウェルに多孔性支持体を加えることにより、ウキクサ培養物の処理を自動化するようにプレートを適応させることができる。例えば2001年5月30日出願の米国仮特許出願第60/294,430号、および2002年5月28日出願の「高速大量処理スクリーニングのためのプレートおよび方法」と題した米国特許出願(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)を参照されたい。別の実施形態では、単一の容器内でウキクサ培養物を形質転換し、そして次にウキクサを高密度フォーマットに移す。ウキクサを手動で高密度フォーマットに移すか、またはウキクサ植物、根粒、懸濁細胞の移動を当分野で公知の方法を用いて自動化することができる。   In one embodiment, a duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture or duckweed protoplast cell culture is placed in a high density format plate or other container, such as a 24-well plate, 48-well plate, or 96-well plate. To transform. By adding a porous support to each well, the plate can be adapted to automate the processing of duckweed cultures. For example, US Provisional Patent Application No. 60 / 294,430, filed May 30, 2001, and US Patent Application entitled “Plates and Methods for High-Speed Mass Screening”, filed May 28, 2002 (cited) The contents of which are hereby incorporated by reference). In another embodiment, duckweed cultures are transformed in a single vessel and then duckweeds are transferred to a high density format. Duckweed can be manually transferred to a high density format, or the migration of duckweed plants, nodules, suspended cells can be automated using methods known in the art.

本発明は自動化された手順を用いて容易に操作することができるウキクサ根粒培養物の調製方法を提供する。本発明の方法は、大きなウキクサ根粒を粉砕してウキクサ「微細根粒」培養物を生成することを含む。「微細根粒」は自動化液体ハンドラーのノズルを使用して吸引または分散され得る、十分に小型のサイズであるウキクサ根粒である。ある実施形態では、微細根粒がピペットチップの内外に自由に移動できるように、自動化液体ハンドラーまたは自動化液体ハンドラーピペットチップは、バレルのサイズおよびチップ開口部を大きくするように改造されている。ウキクサ根粒を粉砕してウキクサ「微細根粒」を生成するために、機械的方法、酵素的方法、または微細根粒の形成を促進する条件下でウキクサを成長させる方法などのいずれかの方法を用いることができる。一つの実施形態では、一つまたはそれ以上の層の網目ふるいを通してウキクサ根粒を押し出すことにより、微細根粒培養物を生成する。特定の実施形態では、30メッシュふるいを使用する。次いで微細根粒を高密度フォーマットプレートまたはその他の容器に移すことができる。高密度フォーマットプレートまたは容器の大部分のウェルが一つの形質転換事象のみを有するように、微細根粒の濃度を調整することができる。本発明の微細根粒は、細片に粉砕されていないウキクサ根粒に関して観察されるのと類似の葉状体再生効率が示される。   The present invention provides a method for preparing duckweed nodule cultures that can be easily manipulated using automated procedures. The method of the present invention comprises grinding large duckweed nodules to produce duckweed “fine nodules” cultures. "Fine nodules" are duckweed nodules that are sufficiently small in size that can be sucked or dispersed using the nozzle of an automated liquid handler. In certain embodiments, the automated liquid handler or automated liquid handler pipette tip is modified to increase the size of the barrel and tip opening so that the fine nodules can move freely in and out of the pipette tip. Use any method, such as a mechanical method, an enzymatic method, or a method of growing duckweed under conditions that promote the formation of fine nodules, to pulverize duckweed nodules to produce duckweed "fine nodules" Can do. In one embodiment, a fine nodule culture is produced by extruding duckweed nodules through one or more layers of mesh screen. In a specific embodiment, a 30 mesh screen is used. The fine nodules can then be transferred to a high density format plate or other container. The fine nodule concentration can be adjusted so that most wells of the high density format plate or container have only one transformation event. The fine nodules of the present invention show foliar regeneration efficiency similar to that observed for duckweed nodules that have not been ground into strips.

本発明のある実施形態では、被験ヌクレオチド配列を含む核酸分子でウキクサを形質転換する。特定の実施形態では、被験ヌクレオチド配列は、被験ヌクレオチド配列に機能的に連結された転写開始領域を有する発現カセットを含む。転写開始領域(例えばプロモーター)は、宿主に対して生来のもの、相同性、外来性もしくは非相同性でよく、または自然発生配列もしくは合成により作製された配列でよい。外来性とは、転写開始領域が導入される野生型宿主において、転写開始領域が見出されないことを意図している。   In certain embodiments of the invention, duckweed is transformed with a nucleic acid molecule comprising a test nucleotide sequence. In certain embodiments, the test nucleotide sequence comprises an expression cassette having a transcription initiation region operably linked to the test nucleotide sequence. A transcription initiation region (eg, a promoter) can be native, homologous, exogenous or heterologous to the host, or can be a naturally occurring sequence or a synthetically generated sequence. Exogenous is intended to mean that the transcription initiation region is not found in the wild-type host into which the transcription initiation region is introduced.

当分野で公知のいずれかの適当なプロモーターを本発明に従って用いることができる(細菌、酵母、菌類、昆虫、哺乳動物および植物プロモーターを含む)。例えば、ウキクサプロモーターを含む植物プロモーターを用いることができる。プロモーターの実例としては、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター、オパインシンターゼプロモーター(例えばnos、mas、ocs等)、ユビキチンプロモーター、アクチンプロモーター、リブロースビスホスフェート(RubP)カルボキシラーゼ小型サブユニットプロモーター、およびアルコールデヒドロゲナーゼプロモーターなどが挙げられるが、これらには限定されない。ウキクサRubPカルボキシラーゼ小型サブユニットプロモーターは当分野で公知である(Silverthroneら、Plant Mol.Biol.15:49(1990))。植物、好ましくはウキクサに感染するウイルスに由来するその他のプロモーターとしては、Dasheenモザイクウイルスから単離されたプロモーター、Chlorellaウイルス(例えばChlorellaウイルス・アデニンメチルトランスフェラーゼ・プロモーター;Mitraら、Plant Mol.Biol.26:85(1994))、トマト黄化壊疽ウイルス、タバコ茎壊疽ウイルス、タバコ壊疽ウイルス、タバコ・リングスポットウイルス、トマト・リングスポットウイルス、キュウリ・モザイクウイルス、ピーナッツ・スタンプ・ウイルス、アルファルファ・モザイクウイルス、サトウキビ・バシリフォーム・バドナウイルス等が挙げられるが、これらには限定されない。   Any suitable promoter known in the art can be used in accordance with the present invention (including bacterial, yeast, fungi, insect, mammalian and plant promoters). For example, a plant promoter including a duckweed promoter can be used. Examples of promoters include cauliflower mosaic virus 35S promoter, opain synthase promoter (eg, nos, mas, ocs, etc.), ubiquitin promoter, actin promoter, ribulose bisphosphate (RubP) carboxylase small subunit promoter, and alcohol dehydrogenase promoter. For example, but not limited to. The duckweed RubP carboxylase small subunit promoter is known in the art (Silverthrone et al., Plant Mol. Biol. 15:49 (1990)). Other promoters derived from viruses that infect plants, preferably duckweed, include promoters isolated from Dashen mosaic virus, Chlorella virus (eg Chlorella virus adenine methyltransferase promoter; Mitra et al., Plant Mol. Biol. 26). : 85 (1994)), tomato yellow gangrene virus, tobacco stem gangrene virus, tobacco gangrene virus, tobacco ring spot virus, tomato ring spot virus, cucumber mosaic virus, peanut stamp virus, alfalfa mosaic virus, Examples include, but are not limited to, sugar cane, basil reform, and badnavirus.

最終的に、プロモーターを選択して望ましいレベルの制御を得ることができる。例えば、いくつかの例では構成的発現を付与するプロモーターを用いるのが有利である(例えばアグロバクテリウム−ツメファシエンスに由来するマノパインシンターゼプロモーター)。あるいは、別の状況では、特定の環境刺激に応答して活性化されるプロモーター(例えば熱ショック遺伝子プロモーター、乾燥誘導遺伝子プロモーター、病原体誘導遺伝子プロモーター、創傷誘導遺伝子プロモーター、および明暗誘導遺伝子プロモーター)または植物成長レギュレーター(例えばアブサイシン酸、オーキシン、サイトカイニンおよびジベレリン酸により誘導された遺伝子に由来するプロモーター)を用いるのが有利である。さらなる代替としては、組織特異的発現を提供するプロモーターを選択することができる(例えば根、葉および花特異的プロモーター)。   Finally, a promoter can be selected to obtain the desired level of control. For example, in some instances it is advantageous to use a promoter that confers constitutive expression (eg, a manopine synthase promoter from Agrobacterium tumefaciens). Alternatively, in other situations, promoters that are activated in response to specific environmental stimuli (eg, heat shock gene promoter, desiccation-inducible gene promoter, pathogen-inducible gene promoter, wound-inducible gene promoter, and light-inducible gene promoter) or plant It is advantageous to use growth regulators such as promoters derived from genes induced by abscisic acid, auxin, cytokinin and gibberellic acid. As a further alternative, promoters that provide tissue specific expression can be selected (eg, root, leaf and flower specific promoters).

所与のプロモーターの全体的な強度は、シス作動性ヌクレオチド配列、例えば上流活性化配列の組み合わせおよび空間的構成により影響され得る。例えば、アグロバクテリウム−ツメファシエンスオクトパイン・シンターゼ遺伝子に由来する活性化ヌクレオチド配列は、アグロバクテリウム−ツメファシエンスマノパインシンターゼプロモーターからの転写を増強することができる(Gelvinらに対する米国特許第5,955,646号参照)。本発明では、発現カセットがプロモーター配列の上流に挿入された活性化ヌクレオチド配列を含有して、被験ヌクレオチド配列の発現を増強することができる。一つの実施形態では、発現カセットはアグロバクテリウム−ツメファシエンスマノパイン・シンターゼ遺伝子に由来するプロモーターに機能的に連結された、アグロバクテリウム−ツメファシエンスオクトパイン・シンターゼ遺伝子に由来する3つの上流活性化配列を含む(米国特許第5,955,646号、引用することにより本明細書の一部をなすものとする)。   The overall strength of a given promoter can be affected by the combination and spatial organization of cis-acting nucleotide sequences, such as upstream activation sequences. For example, an activated nucleotide sequence derived from the Agrobacterium tumefaciens octopine synthase gene can enhance transcription from the Agrobacterium tumefaciens manopine synthase promoter (US Patent No. No. 5,955,646). In the present invention, the expression cassette can contain an activated nucleotide sequence inserted upstream of the promoter sequence to enhance expression of the test nucleotide sequence. In one embodiment, the expression cassette is three of the Agrobacterium tumefaciens octopine synthase genes derived from the Agrobacterium tumefaciens manopain synthase gene operably linked to a promoter derived from the Agrobacterium tumefaciens manopine synthase gene. Includes upstream activation sequences (US Pat. No. 5,955,646, which is incorporated herein by reference).

発現カセットはさらに、植物において機能的である転写および翻訳終止領域を含むことができる。当分野で公知のいずれかの適当な終止配列を、本発明に従って用いることができる。終止領域は転写開始領域と同一起源、関心あるヌクレオチド配列と同一起源、または別の供給源に由来するものであってよい。都合よい終止領域はアグロバクテリウム−ツメファシエンスのTiプラスミド、例えばオクトパイン・シンターゼおよびノパリン・シンターゼ終止領域から入手可能である。Guerineauら、Mol.Gen.Genet.262:141(1991);Proudfoot、Cell 64:671(1991);Sanfaconら、Genes Dev.5:141(1991);Mogenら、Plant Cell 2:1261(1990);Munroeら、Gene 91:151(1990);Ballasら、Nucleic Acids Res.17:7891(1989);およびJoshiら、Nucleic Acids Res.15:9627(1987)もまた参照されたい。さらなる終止配列の実例は、エンドウRubPカルボキシラーゼ小型サブユニット終止配列およびカリフラワーモザイクウイルス35S終止配列である。その他の適当な終止配列は当分野の当業者に明らかであろう。   Expression cassettes can further include transcriptional and translational termination regions that are functional in plants. Any suitable termination sequence known in the art can be used in accordance with the present invention. The termination region may be from the same origin as the transcription initiation region, from the same origin as the nucleotide sequence of interest, or from another source. Convenient termination regions are available from the Agrobacterium tumefaciens Ti plasmids, such as the octopine synthase and nopaline synthase termination regions. Guerineau et al., Mol. Gen. Genet. 262: 141 (1991); Proudfoot, Cell 64: 671 (1991); Sanfacon et al., Genes Dev. 5: 141 (1991); Mogen et al., Plant Cell 2: 1261 (1990); Munroe et al., Gene 91: 151 (1990); Ballas et al., Nucleic Acids Res. 17: 7891 (1989); and Joshi et al., Nucleic Acids Res. 15: 9627 (1987). Examples of additional termination sequences are the pea RubP carboxylase small subunit termination sequence and the cauliflower mosaic virus 35S termination sequence. Other suitable termination sequences will be apparent to those skilled in the art.

一つ以上の遺伝子または核酸配列を含有する発現カセットを移行させ、そして形質転換された植物内で発現させることができる。従って、各々の核酸配列は5’および3’制御配列に機能的に連結されている。あるいは、複数の発現カセットを提供することができる。   Expression cassettes containing one or more genes or nucleic acid sequences can be transferred and expressed in transformed plants. Thus, each nucleic acid sequence is operably linked to 5 'and 3' regulatory sequences. Alternatively, multiple expression cassettes can be provided.

一般的に、発現カセットは形質転換された細胞または組織を選択するための選択マーカー遺伝子を含む。選択マーカー遺伝子には抗生物質抵抗性をコードする遺伝子、例えばネオマイシン・ホスホトランスフェラーゼII(NEO)およびヒグロマイシン・ホスホトランスフェラーゼ(HPT)をコードする遺伝子、ならびに除草性化合物に対する抵抗性を付与する遺伝子などがある。除草剤抵抗性遺伝子は一般に除草剤に非感受性である修飾された標的タンパク質か、または除草剤が作用できる前に、植物において除草剤を分解もしくは解毒する酵素をコードする。DeBlockら、EMBO J.6:2513(1987);DeBlockら、Plant Physiol.91:691(1989);Frommら、BioTechnology 8:833(1990);Gordon−Kammら、Plant Cell 2:603(1990)参照。例えば、グリホスフェートまたはスルフォニル尿素除草剤に対する抵抗性は、変異標的酵素、5−エノールピルビルシキメート−3−ホスフェート・シンターゼ(EPSPS)およびアセトラクテート・シンターゼ(ALS)をコードする遺伝子を使用して得られる。グルホシネート・アンモニウム、ブロモキシニル、および2,4−ジクロロフェノキシアセテート(2,4−D)に対する抵抗性は、各除草剤を解毒するホスフィノスリシン・アセチルトランスフェラーゼ、ニトリラーゼ、または2,4−ジクロロフェノキシアセテート・モノオキシゲナーゼをコードする細菌遺伝子を用いることにより獲得される。   In general, an expression cassette contains a selectable marker gene for selecting transformed cells or tissues. Selectable marker genes include genes encoding antibiotic resistance such as genes encoding neomycin phosphotransferase II (NEO) and hygromycin phosphotransferase (HPT), and genes conferring resistance to herbicidal compounds. . The herbicide resistance gene generally encodes a modified target protein that is insensitive to the herbicide or an enzyme that degrades or detoxifies the herbicide in the plant before the herbicide can act. DeBlock et al., EMBO J. et al. 6: 2513 (1987); DeBlock et al., Plant Physiol. 91: 691 (1989); Fromm et al., BioTechnology 8: 833 (1990); Gordon-Kamm et al., Plant Cell 2: 603 (1990). For example, resistance to glyphosate or sulfonylurea herbicides can be achieved using genes encoding mutant target enzymes, 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) and acetolactate synthase (ALS). can get. Resistance to glufosinate ammonium, bromoxynyl, and 2,4-dichlorophenoxyacetate (2,4-D) is a phosphinothricin acetyltransferase, nitrilase, or 2,4-dichlorophenoxyacetate that detoxifies each herbicide Obtained by using a bacterial gene encoding monooxygenase.

本発明の関心あるための選択マーカー遺伝子としては、ネオマイシン・ホスホトランスフェラーゼII(Fraleyら、CRC Critical Reviews in Plant Science 4:1(1986));シアナミドヒドラターゼ(Maier−Greinerら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88:4250(1991));アスパルテートキナーゼ;ジヒドロジピコリネートシンターゼ(Perlら、BioTechnology 11:715(1993));bar遺伝子(Tokiら、Plant Physiol.100:1503(1992);Meagherら、Crop Sci.36:1367(1996));トリプトファンデカルボキシラーゼ(Goddijnら、Plant Mol.Biol.22:907(1993));ネオマイシン・ホスホトランスフェラーゼ(NEO;Southernら、J.Mol.Appl.Gen.1:327(1982));ヒグロマイシン・ホスホトランスフェラーゼ(HPTまたはHYG;Shimizuら、Mol.Cell.Biol.6:1074);ジヒドロ葉酸リダクターゼ(DHFR;Kwokら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 83:4552(1986));ホスフィノスリシン・アセチルトランスフェラーゼ(DeBlockら、EMBO J.6:2513(1987));2,2−ジクロロプロピオン酸デハロゲナーゼ(Buchanan−Wollatronら、J.Cell.Biochem.13D:330);アセトヒドロキシ酸シンターゼ(Andersonらに対する米国特許第4,761,373号);Haughnら、Mol.Gen.Genet.221:266(1988);5−エノールピルビルシキメート・ホスフェート・シンターゼ(aroA;Comaiら、Nature 317:741(1985));ハロアリールニトリラーゼ(Stalkerらに対する国際公開公報第87/04181号);アセチル・コエンザイムAカルボキシラーゼ(Parkerら、Plant Physiol.92:1220(1990));ジヒドロプテロエートシンターゼ(SulI;Guerineauら、Plant Mol.Biol.15:127(1990));および32kDa フォトシステムIIポリペプチド(psbA;Hirschbergrら(1983)、Science222:1346(1983))などがある。   Selectable marker genes of interest for the present invention include neomycin phosphotransferase II (Fraley et al., CRC Critical Reviews in Plant Science 4: 1 (1986)); cyanamide hydratase (Maier-Greiner et al., Proc. Natl. Acad. USA 88: 4250 (1991)); aspartate kinase; dihydrodipicolinate synthase (Perl et al., BioTechnology 11: 715 (1993)); bar gene (Toki et al., Plant Physiol. 100: 1503 (1992); Meagher et al., Crop Sci. 36: 1367 (1996)); tryptophan decarboxylase (Goddijn et al., Pla). t Mol.Biol.22: 907 (1993)); neomycin phosphotransferase (NEO; Southern et al., J. Mol. Appl. Gen. 1: 327 (1982)); hygromycin phosphotransferase (HPT or HYG; Shimizu et al. Mol. Cell. Biol. 6: 1074); dihydrofolate reductase (DHFR; Kwok et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83: 4552 (1986)); phosphinothricin acetyltransferase (DeBlock et al., EMBO). J. 6: 2513 (1987)); 2,2-dichloropropionic acid dehalogenase (Buchanan-Wollatron et al., J. Cell. Biochem. 13D: 330); Hydroxy acid synthase (US Pat. No. 4,761,373 to Anderson et al.); Haughn et al., Mol. Gen. Genet. 221: 266 (1988); 5-enolpyruvylshikimate phosphate synthase (aroA; Comai et al., Nature 317: 741 (1985)); haloaryl nitrilase (WO 87/04181 to Stalker et al.); Acetyl Coenzyme A carboxylase (Parker et al., Plant Physiol. 92: 1220 (1990)); dihydropteroate synthase (SulI; Guerineau et al., Plant Mol. Biol. 15: 127 (1990)); and 32 kDa Photosystem II polypeptide (PsbA; Hirschbergr et al. (1983), Science 222: 1346 (1983)).

ゲンタマイシン(Carrerら、Plant Mol.Biol.17:301−303(1991));クロラムフェニコール(Herrera−Estrellaら、EMBO J.2:987(1983));メソトレキセート((Herrera−Estrellaら、Nature 303:209(1983);Meijerら、Plant Mol.Biol.16:807(1991));ヒグロマイシン(Waldronら、Plant Mol.Biol.5:103(1985);Zhijianら、Plant Science 108:219(1995);Meijerら、Plant Mol.Biol.16:807(1991));ストレプトマイシン(Jonesら、Mol.Gen.Genet.210:86(1987));スペクチノマイシン(Bretagne−Sagnardら、Transgenic Res.5:131(1996));ブレオマイシン(Hilleら、Plant Mol.Biol.7:171(1986));スルフォンアミド(Guerineauら、Plant Mol.Biol.15:127(1990));ブロモシキニル(Stalkerら、Science 242:419(1988));2,4−D(Streberら、BioTechnology 7:811(1989));およびホスフィノスリシン(DeBlockら、EMBO J.6:2513(1987))に対する抵抗性をコードする遺伝子もまた含まれる。   Gentamicin (Carler et al., Plant Mol. Biol. 17: 301-303 (1991)); Chloramphenicol (Herrera-Estrella et al., EMBO J. 2: 987 (1983)); Methotrexate ((Herrera-Estrella et al., Nature) 303: 209 (1983); Meijer et al., Plant Mol. Biol. 16: 807 (1991)); hygromycin (Waldron et al., Plant Mol. Biol. 5: 103 (1985); Zhijian et al., Plant Science 108: 219 (1995). Meijer et al., Plant Mol. Biol. 16: 807 (1991)); streptomycin (Jones et al., Mol. Gen. Genet. 210). : 86 (1987)); spectinomycin (Bretagne-Sagnard et al., Transgenic Res. 5: 131 (1996)); bleomycin (Hille et al., Plant Mol. Biol. 7: 171 (1986)); sulfonamide (Guerineau et al.). , Plant Mol.Biol. 15: 127 (1990)); Bromocykinyl (Stalker et al., Science 242: 419 (1988)); 2,4-D (Streber et al., BioTechnology 7: 811 (1989)); and phosphinothris Also included is a gene encoding resistance to Shin (DeBlock et al., EMBO J. 6: 2513 (1987)).

bar遺伝子はグルフォシネート型除草剤、例えばホスフィノトリシン(PPT)またはビアラフォス等に対する除草剤抵抗性を付与する。前記したように、ベクター構築物において使用できるその他の選択マーカーとしてはビアラフォスおよびホスフィノスリシン抵抗性のためでもあるpat遺伝子、イミダゾリノン抵抗性のためのALS遺伝子、ヒグロマイシン抵抗性のためのHPHまたはHYG遺伝子、グリフォセート抵抗性のためのESPSシンターゼ遺伝子、Hc毒素に対する抵抗性のためのHm1遺伝子、および日常的に使用され、そして当分野の当業者に公知のその他の選択物質などが挙げられるが、これらには限定されない。Yarranton,Curr.Opin.Biotech.3:506(1992);Chistophersonら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA89:6314(1992);Yaoら,Cell 71:63(1992);Reznikoff,Mol.Microbiol.6:2419(1992);Barkleyら,The Operon 177−220(1980);Huら,Cell 48:555(1987);Brownら,Cell 49:603(1987);Figgeら,Cell 52:713(1988);Deuschleら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:5400(1989);Fuerstら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:2549(1989);Deuschleら,Science 248:480(1990);Labowら,Moll.Cell.Biol.10:3343(1990);Zambrettiら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:3952(1992);Baimら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88:5072(1991);Wyborskiら,Nuc.Acids Res.19:4647(1991);Hillenand−Wissman,Topics in Mol.And Struc.Biol.10:143(1989);Degenkolbら,Antimicrob.Agents Chemother.35:1591(1991);Kleinschnidtら,Biochemistry 27:1094(1988);Gatzら,Plant J.2:397(1992);Gossenら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:5547(1992);Olivaら,Antimicrob.Agents Chemother.36:913(1992);Hlavkaら,Handbook of Experimental Pharmacology78(1985)およびGillら,Nature 334:721(1988)参照。このような開示は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。   The bar gene confers herbicide resistance to glufosinate herbicides such as phosphinotricin (PPT) or bialaphos. As noted above, other selectable markers that can be used in vector constructs include the pat gene, which is also for bialaphos and phosphinothricin resistance, the ALS gene for imidazolinone resistance, HPH or HYG for hygromycin resistance. Genes, ESPS synthase gene for glyphosate resistance, Hm1 gene for resistance to Hc toxin, and other selections that are used routinely and known to those skilled in the art, It is not limited to these. Yarranton, Curr. Opin. Biotech. 3: 506 (1992); Chistoperson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 6314 (1992); Yao et al., Cell 71:63 (1992); Reznikoff, Mol. Microbiol. 6: 2419 (1992); Barkley et al., The Operan 177-220 (1980); Hu et al., Cell 48: 555 (1987); Brown et al., Cell 49: 603 (1987); FIGge et al., Cell 52: 713 (1988). ); Deuschle et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 5400 (1989); Fuerst et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 2549 (1989); Deuschle et al., Science 248: 480 (1990); Labow et al., Moll. Cell. Biol. 10: 3343 (1990); Zambretti et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 3952 (1992); Baim et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 5072 (1991); Wyborski et al., Nuc. Acids Res. 19: 4647 (1991); Hillenand-Wissman, Topics in Mol. And Struc. Biol. 10: 143 (1989); Degenkolb et al., Antimicrob. Agents Chemother. 35: 1591 (1991); Kleinschnid et al., Biochemistry 27: 1094 (1988); Gatz et al., Plant J. et al. 2: 397 (1992); Gossen et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 5547 (1992); Oliva et al., Antimicrob. Agents Chemother. 36: 913 (1992); Hlavka et al., Handbook of Experimental Pharmacology 78 (1985) and Gill et al., Nature 334: 721 (1988). Such disclosures are hereby incorporated by reference.

選択マーカー遺伝子の上述の列記は、限定することを意図するものではない。いずれかの選択マーカー遺伝子を本発明で使用することができる。   The above list of selectable marker genes is not intended to be limiting. Any selectable marker gene can be used in the present invention.

被験ヌクレオチド配列を含む発現カセットは、ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物またはウキクサプロトプラスト細胞培養物に形質転換される。次いで形質転換されたウキクサを再生し、そしてアッセイして被験ヌクレオチド配列が関心ある生物学的機能を有するかどうかを決定する。ウキクサ系を操作して、被験ヌクレオチドの生物学的機能を決定できることは認識されている。   The expression cassette containing the test nucleotide sequence is transformed into duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture or duckweed protoplast cell culture. The transformed duckweed is then regenerated and assayed to determine whether the test nucleotide sequence has the biological function of interest. It is recognized that duckweed systems can be manipulated to determine the biological function of a test nucleotide.

一つの実施形態では、関心ある生物学的機能は関心ある生物学的または生理学的応答を調節する能力である。この生物学的応答は温度変化に対する応答、日長の変化に対する応答、水分ポテンシャルの変化に対する応答、光レベルの変化に対する応答、病原体暴露(菌類病原体、ウイルス、ビリオン、線虫、害虫、および細菌性病原体を含む)に対する応答、毒素暴露(例えば、高濃度の塩、重金属を含む金属、除草剤または重要な生理学的機能に干渉するその他の物質)に対する応答、植物ホルモンに対する応答、植物成長レギュレーターに対する応答、またはいずれかその他の環境撹乱に対する応答などのいずれかの応答でよい。   In one embodiment, the biological function of interest is the ability to modulate the biological or physiological response of interest. This biological response is a response to temperature changes, response to changes in photoperiod, response to changes in water potential, response to changes in light levels, pathogen exposure (fungal pathogens, viruses, virions, nematodes, pests, and bacterial Responses to pathogens, responses to toxins (eg, high concentrations of salts, metals containing heavy metals, herbicides or other substances that interfere with important physiological functions), responses to plant hormones, responses to plant growth regulators Or any response such as a response to any other environmental disturbance.

関心ある核酸分子(例えば関心ある応答を調節するポリペプチドをコードするヌクレオチド配列)を同定するために、被験ヌクレオチド配列を含有するウキクサの応答をアッセイする。ある実施形態では、被験ヌクレオチド配列を含有するウキクサの応答を、被験ヌクレオチド配列を含有しないウキクサの応答と比較する。例えば成長速度などのいずれかの表現型における変化により応答をアッセイする。応答における検出可能な差異は、被験ヌクレオチド配列が関心ある核酸分子であることを示している。次いで被験ヌクレオチドの供給源として提供された大腸菌またはアグロバクテリウム系に対する生物学的応答において検出可能な差異を有するトランスジェニックウキクサ系を相関させることにより、関心ある核酸分子(例えば関心ある応答を調節するポリペプチドをコードする)を容易に同定することができる。   To identify a nucleic acid molecule of interest (eg, a nucleotide sequence encoding a polypeptide that modulates the response of interest), the response of the duckweed containing the test nucleotide sequence is assayed. In certain embodiments, a duckweed response containing the test nucleotide sequence is compared to a duckweed response not containing the test nucleotide sequence. Responses are assayed by changes in any phenotype, such as growth rate. A detectable difference in response indicates that the test nucleotide sequence is a nucleic acid molecule of interest. The nucleic acid molecule of interest (eg, modulates the response of interest) by correlating the transgenic duckweed system with a detectable difference in the biological response to the E. coli or Agrobacterium system provided as the source of test nucleotides. Can be easily identified.

当分野で公知のいずれかの方法により、例えば湿潤もしくは乾燥重量、または窒素含量により成長速度を決定できる。選択的または制限的条件下でウキクサ培養物を成長させることができる。本明細書で用いる「選択的」または「制限的」成長条件なる用語は、形質転換されていないウキクサの成長速度が最適条件下での成長速度と比較して低下している条件を意味する。選択的成長条件の実例としては、制限的光レベル、制限的pH条件、または成長を制限する病原体もしくは毒素の存在などがある。   The growth rate can be determined by any method known in the art, for example, wet or dry weight, or nitrogen content. Duckweed cultures can be grown under selective or restrictive conditions. As used herein, the term “selective” or “restricted” growth conditions refers to conditions where the growth rate of untransformed duckweed is reduced compared to the growth rate under optimal conditions. Illustrative examples of selective growth conditions include restricted light levels, restricted pH conditions, or the presence of pathogens or toxins that restrict growth.

ある実施形態では、関心ある核酸分子は、関心ある生物学的機能を有するポリペプチドをコードするヌクレオチド配列である。関心ある生物学的機能はいずれかの生物学的機能、例えば構造的もしくは機械的特性を付与する能力、特定の基質を結合させる能力、特定のリガンドを結合させる能力、特定のレセプターを結合させる能力、または特定の反応を触媒する能力などであってよい。被験ヌクレオチド配列によりコードされるポリペプチドが分泌されるこれらの例では、ウキクサ培養物の培地を別の容器に除去して、そして関心ある生物学的機能、例えば特定の構造的特性、特定の生化学的作用、または特定のリガンド、基質もしくはその他の作用物質と複合体を形成する能力に関してアッセイすることができる。被験ヌクレオチド配列によりコードされるポリペプチドがウキクサ組織内で保有されると、組織を分裂させ、タンパク質を抽出し、関心ある生物学的機能を有するポリペプチドの発現をアッセイする。ある実施形態では、破壊、抽出、および/またはアッセイステップを自動化する。   In certain embodiments, the nucleic acid molecule of interest is a nucleotide sequence that encodes a polypeptide having a biological function of interest. The biological function of interest is any biological function, such as the ability to confer structural or mechanical properties, the ability to bind a specific substrate, the ability to bind a specific ligand, the ability to bind a specific receptor Or the ability to catalyze a particular reaction. In these instances where the polypeptide encoded by the test nucleotide sequence is secreted, the duckweed culture medium is removed to another container and the biological function of interest, such as certain structural properties, certain living It can be assayed for chemical action or ability to form a complex with a particular ligand, substrate or other agent. Once the polypeptide encoded by the test nucleotide sequence is retained in duckweed tissue, the tissue is disrupted, the protein is extracted, and the expression of the polypeptide having the biological function of interest is assayed. In certain embodiments, disruption, extraction, and / or assay steps are automated.

ある実施形態では、関心ある生物学的機能を有するポリペプチドは天然発生ポリペプチドの変種であり、そして関心ある生物学的機能は天然発生ポリペプチドと比較した、関心ある生物学的機能を有するポリペプチドの少なくとも一つの特性の変化である。このような変種を作製する方法は当分野で公知であり、そして本明細書の別の部分に記載されている。実験セクションの実施例2を参照。関心ある生物学的機能を有するポリペプチド(すなわち変種)と天然発生ポリペプチド間で異なる特性は、構造特性、基質を結合させる能力、リガンドを結合させる能力、関心ある反応を触媒する能力、生物学的範囲を超えた条件下で機能する能力、または生物学的応答を調節する能力などのいずれかの関心ある特性が挙げられるが、これらには限定されない。関心ある特性を有するポリペプチドを前記したように同定することができる。   In certain embodiments, the polypeptide having a biological function of interest is a variant of a naturally occurring polypeptide, and the biological function of interest is a polypeptide having a biological function of interest compared to the naturally occurring polypeptide. A change in at least one property of the peptide. Methods for making such variants are known in the art and are described elsewhere in this specification. See Example 2 in the experimental section. Properties that differ between a polypeptide with a biological function of interest (ie, a variant) and a naturally occurring polypeptide are structural properties, ability to bind a substrate, ability to bind a ligand, ability to catalyze a reaction of interest, biology Including, but not limited to, any property of interest such as the ability to function under conditions beyond the target range, or the ability to modulate a biological response. Polypeptides having properties of interest can be identified as described above.

唯一の元来のヌクレオチド配列の配列変種を含有する核酸調製物で、各々のウキクサ培養物サンプルを形質転換することができる。また別に、いくつかの被験ヌクレオチド配列のプールを含有する異種性核酸調製物で各サンプルを形質転換することができる。ウキクサ培養物あたり約3、約5、約10、約15、約20、約25、約30、約40、約50、約60、約70、約80、約90、または約100の被験ヌクレオチド配列を使用することができる。この方法では、関心ある生物学的機能を有するヌクレオチド配列を含有する被験ヌクレオチド配列のプールを、一つまたはそれ以上のラウンドの細目およびスクリーニングに供して関心ある単一の核酸分子を同定する。いずれかの方法でスクリーニングされた被験ヌクレオチド配列の全数は少なくとも一つまたはそれ以上、少なくとも10以上、少なくとも100以上、少なくとも1,000以上、少なくとも10,000以上、少なくとも100,000以上、少なくとも500,000以上、少なくとも1,000,000以上であってよい。   Each duckweed culture sample can be transformed with a nucleic acid preparation containing a sequence variant of only the original nucleotide sequence. Alternatively, each sample can be transformed with a heterologous nucleic acid preparation containing a pool of several test nucleotide sequences. About 3, about 5, about 10, about 15, about 20, about 25, about 30, about 40, about 50, about 60, about 70, about 80, about 90, or about 100 test nucleotide sequences per duckweed culture Can be used. In this method, a pool of test nucleotide sequences containing nucleotide sequences having a biological function of interest is subjected to one or more rounds of detail and screening to identify a single nucleic acid molecule of interest. The total number of test nucleotide sequences screened by any method is at least one or more, at least 10 or more, at least 100 or more, at least 1,000 or more, at least 10,000 or more, at least 100,000 or more, at least 500, 000 or more and at least 1,000,000 or more.

本発明のある実施形態では、レポーターヌクレオチド配列がウキクサDNAに組み込まれるような条件下で、ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物またはウキクサプロトプラスト細胞培養物をレポーターヌクレオチド配列で形質転換することにより関心ある核酸分子を同定する。レポーターヌクレオチド配列はレポーターポリペプチドのコード配列を含む。レポーターポリペプチドは当分野で公知であり、非限定例としてはβ−グルクロニダーゼ(GUS)、ルシフェラーゼ、クロラムフェニコール・アセチルトランスフェラーゼ(CAT)、または緑色蛍光タンパク質(GEP)などがある。これらのレポーターポリペプチドの各々の検出方法は当分野で公知である。   In certain embodiments of the invention, a duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture or duckweed protoplast cell culture is transformed with a reporter nucleotide sequence under conditions such that the reporter nucleotide sequence is incorporated into duckweed DNA. The nucleic acid molecule of interest is identified by conversion. The reporter nucleotide sequence includes the coding sequence for the reporter polypeptide. Reporter polypeptides are known in the art, and non-limiting examples include β-glucuronidase (GUS), luciferase, chloramphenicol acetyltransferase (CAT), or green fluorescent protein (GEP). Methods for detecting each of these reporter polypeptides are known in the art.

ある実施形態では、レポーターヌクレオチド配列は転写開始ヌクレオチド配列を欠如している。別の実施形態では、レポーターヌクレオチド配列は転写開始ヌクレオチド配列を含む。転写開始ヌクレオチド配列は当分野で公知であり、本明細書に記載されているものなどがある。ある実施形態では、転写開始配列は最小プロモーター配列である。これにより、レポーターヌクレオチド配列がエンハンサー配列と機能的に連結されるようにウキクサDNAに組み込まれる場合、転写エンハンサーとして提供されるヌクレオチド配列の識別が可能になる。   In certain embodiments, the reporter nucleotide sequence lacks a transcription initiation nucleotide sequence. In another embodiment, the reporter nucleotide sequence comprises a transcription initiation nucleotide sequence. Transcription initiation nucleotide sequences are known in the art and include those described herein. In certain embodiments, the transcription initiation sequence is a minimal promoter sequence. This allows identification of the nucleotide sequence provided as a transcription enhancer when the reporter nucleotide sequence is incorporated into duckweed DNA so as to be operably linked to the enhancer sequence.

レポーターヌクレオチド配列は、前記した選択マーカーを含有して、トランスジェニック植物の選択を助けることができる。当分野で公知のいずれかの選択マーカーを使用することができる。   The reporter nucleotide sequence can contain a selectable marker as described above to aid in selection of the transgenic plant. Any selectable marker known in the art can be used.

レポーターヌクレオチド配列は、レポーターヌクレオチド配列をウキクサDNAに組み込むことを可能にするヌクレオチド配列を含むこともできる。一つの実施形態では、これらのヌクレオチド配列はトランスファーDNA(T−DNA)配列である。これらの配列は全ての毒性アグロバクテリウム株に宿される大型Ti(腫瘍誘発)プラスミドのセグメントである。一つの実施形態では、T−DNA配列ボーダーで見出される不完全な正方向反復配列をレポーターヌクレオチド配列の5’および3’末端に挿入する。本発明のT−DNAヌクレオチド配列は、好ましくは少なくとも一つのT−DNA反復配列を含む。例えば国際公開広報第93/17116号(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)参照。   The reporter nucleotide sequence can also include a nucleotide sequence that allows the reporter nucleotide sequence to be incorporated into duckweed DNA. In one embodiment, these nucleotide sequences are transfer DNA (T-DNA) sequences. These sequences are segments of a large Ti (tumor induction) plasmid that is harbored by all virulent Agrobacterium strains. In one embodiment, incomplete forward repeats found at the T-DNA sequence border are inserted at the 5 'and 3' ends of the reporter nucleotide sequence. The T-DNA nucleotide sequence of the present invention preferably comprises at least one T-DNA repeat sequence. See, for example, International Publication No. 93/17116 (which is incorporated herein by reference).

T領域の植物細胞への移行は、Tiプラスミドの別の領域であるvir(毒性)領域(Zambryski,Annu Rev.Genet.22:1−30(1988);Zambryskiら、Cell 56:193−201(1989);ならびにBaronおよびZambryski、Curr.Biol.6:1567−1569(1996))により媒介される。必要なvir領域はトランスで、例えばバイナリープラスミド系の第2のプラスミド上で提供される。例えばHoekemaら、Nature 310:115−120(1983)およびBevan,Nucl.Acids Res.22:8711−8721(1984)。別の実施形態では、移入されるDNAを含有するベクターを三親性交配(triparental mating)またはエレクトロポレーションによりアグロバクテリウムに導入し、そしてこのベクターおよび受容体Tiプラスミド間で相同組換えを生じる。   Translocation of the T region into plant cells is accomplished by the vir region, another region of the Ti plasmid (Zambrski, Annu Rev. Genet. 22: 1-30 (1988); Zambrski et al., Cell 56: 193-201 ( 1989); and Baron and Zambryski, Curr. Biol. 6: 1567-1569 (1996)). The required vir region is provided in trans, for example on a second plasmid in a binary plasmid system. See, eg, Hoekema et al., Nature 310: 115-120 (1983) and Bevan, Nucl. Acids Res. 22: 8711-8721 (1984). In another embodiment, a vector containing the DNA to be transferred is introduced into Agrobacterium by triparental mating or electroporation and results in homologous recombination between the vector and the receptor Ti plasmid. .

特許請求される方法により関心ある種々核酸分子の識別が提供される。一つの実施形態では、関心ある核酸分子は標的ヌクレオチド配列の転写を調節するプロモーターまたはエンハンサーとして提供される。従って、本発明の方法を用いて関心ある刺激に対する生物学的応答に関与するプロモーターおよびエンハンサーを識別することができる。関心ある刺激としては、光の変化、温度の変化、水分ポテンシャルの変化、日長変化、植物ホルモンレベルの変化、植物成長レギュレーターレベルの変化、病原体への暴露、および毒素への暴露などが挙げられるが、これらには限定されない。刺激に対する生物学的応答に関与する核酸分子を同定するために、組み込まれたレポーターヌクレオチド配列を含むウキクサ培養物を刺激に暴露し、そしてレポーターポリペプチドの発現を決定する。レポーターヌクレオチド配列が、刺激により活性化されるプロモーターまたはエンハンサーに機能的に連結されるようにウキクサDNAに組み込まれている場合では、レポーターポリペプチドの発現を検出する。マーカーとしてレポーターヌクレオチド配列の部分を用いて、レポーターヌクレオチド配列の組み込み部位を同定し、それにより刺激に応答して調節した活性を呈するヌクレオチド配列を同定することができる。   The claimed method provides for the identification of various nucleic acid molecules of interest. In one embodiment, the nucleic acid molecule of interest is provided as a promoter or enhancer that regulates transcription of the target nucleotide sequence. Thus, the methods of the invention can be used to identify promoters and enhancers that are involved in a biological response to a stimulus of interest. Stimuli of interest include changes in light, changes in temperature, changes in water potential, changes in day length, changes in plant hormone levels, changes in plant growth regulator levels, exposure to pathogens, and exposure to toxins However, it is not limited to these. To identify nucleic acid molecules involved in the biological response to a stimulus, a duckweed culture containing the incorporated reporter nucleotide sequence is exposed to the stimulus and the expression of the reporter polypeptide is determined. When the reporter nucleotide sequence is incorporated into duckweed DNA so as to be operably linked to a promoter or enhancer activated by stimulation, the expression of the reporter polypeptide is detected. Using a portion of the reporter nucleotide sequence as a marker, the site of incorporation of the reporter nucleotide sequence can be identified, thereby identifying a nucleotide sequence that exhibits a regulated activity in response to a stimulus.

本発明の方法を用いて組織特異的様式で標的ヌクレオチド配列の転写を調節するヌクレオチド配列を同定することができる。トランスジェニックウキクサ系をスクリーニングして、特定のウキクサ組織、例えば根、茎、花、種子、または葉状体においてのみレポーターポリペプチドを発現するこれらの系を識別することができる。次いで関心ある核酸分子を前記したように同定することができる。   The methods of the invention can be used to identify nucleotide sequences that modulate transcription of target nucleotide sequences in a tissue-specific manner. Transgenic duckweed lines can be screened to identify those systems that express the reporter polypeptide only in specific duckweed tissues, such as roots, stems, flowers, seeds, or fronds. The nucleic acid molecule of interest can then be identified as described above.

標的ヌクレオチド配列(例えばレポーターヌクレオチド配列)の翻訳を調節する核酸分子には、転写効率を増強する配列、例えば標的ヌクレオチド配列の5’非翻訳領域に位置するリーダー配列(例えば、リボソーム結合を促進する配列)およびmRNA安定性を増強する配列などがある。これらのヌクレオチド配列は、転写物の5’非翻訳領域、遺伝子のイントロン領域、および転写物の3’非翻訳領域などの遺伝子の転写された部分内のいずれの場所に位置してもよい。レポーターヌクレオチド配列が遺伝子の転写された部位内に組み込まれる場合、これらの配列が同定される。レポーターポリペプチドの発現に関してアッセイすることにより翻訳調節効果をモニター観察する。前記した転写制御配列に関して記載するように、翻訳を調節するヌクレオチド配列を特定の刺激により制御することができる。従って、関心ある刺激に応答したレポーターポリペプチド発現をモニター観察して、刺激に応答して活性化される制御ヌクレオチド配列を同定することができる。   Nucleic acid molecules that regulate the translation of target nucleotide sequences (eg, reporter nucleotide sequences) include sequences that enhance transcription efficiency, eg, leader sequences located in the 5 ′ untranslated region of the target nucleotide sequence (eg, sequences that promote ribosome binding) ) And sequences that enhance mRNA stability. These nucleotide sequences may be located anywhere within the transcribed portion of the gene, such as the 5 'untranslated region of the transcript, the intron region of the gene, and the 3' untranslated region of the transcript. If the reporter nucleotide sequences are incorporated within the transcribed site of the gene, these sequences are identified. Monitor translational effects by assaying for expression of the reporter polypeptide. As described above with respect to transcriptional control sequences, nucleotide sequences that regulate translation can be controlled by specific stimuli. Accordingly, reporter polypeptide expression in response to a stimulus of interest can be monitored to identify regulatory nucleotide sequences that are activated in response to the stimulus.

ある実施形態では、レポーターヌクレオチド配列が、その発現(すなわち添書および/または翻訳)が関心ある刺激により制御される遺伝子のコード配列に機能的に連結されるようにウキクサDNAに組み込まれている。レポーターポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を制御された遺伝子と一緒に転写し、そして翻訳して、レポーターポリペプチドを同定するのに用いられるのと同一の技術を用いて検出することができるキメラポリペプチドを形成することができる。関心ある刺激に応答したキメラポリペプチドの発現を用いて、レポーターヌクレオチド配列が関心ある核酸分子である制御された遺伝子に機能的に連結されているトランスジェニックウキクサ系を同定することができる。Springer,Plant Cell 12:1007−1020(2000)(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)参照。   In certain embodiments, the reporter nucleotide sequence is incorporated into duckweed DNA such that its expression (ie, appendage and / or translation) is operably linked to the coding sequence of a gene that is controlled by the stimulus of interest. A chimeric polypeptide that can be transcribed and translated with a controlled gene into a nucleotide sequence encoding a reporter polypeptide and detected using the same techniques used to identify the reporter polypeptide Can be formed. Expression of the chimeric polypeptide in response to a stimulus of interest can be used to identify a transgenic duckweed system in which the reporter nucleotide sequence is operably linked to a regulated gene that is the nucleic acid molecule of interest. See Springer, Plant Cell 12: 1007-1020 (2000), which is hereby incorporated by reference.

[実験]
以下の実施例は説明を目的とするものであり、本発明を限定するためのものではない。
[Experiment]
The following examples are for illustrative purposes and are not intended to limit the invention.

[高密度フォーマットでのウキクサの系および再生]
〈液体培地の使用〉
以前に記載された実験では、ウキクサの培養を固体培地上で実施していた。この実験の目的は液体培地で飽和した多孔性支持体上でウキクサを培養できるかどうかを試験することであった。これによりウキクサの形質転換、選択および再生ステップが自動化され、ウキクサ系がヌクレオチド配列の高速大量処理スクリーニングに有用であることが実証される。
[Duckweed system and reproduction in high-density format]
<Use of liquid medium>
In previously described experiments, duckweed was cultured on solid media. The purpose of this experiment was to test whether duckweed can be cultured on a porous support saturated with liquid medium. This automates duckweed transformation, selection and regeneration steps, demonstrating that duckweed systems are useful for high-throughput screening of nucleotide sequences.

以下のようにアグロバクテリウム媒介形質転換を用いてウキクサ根粒培養物(Lemna minor C016株に由来する)をGUS発現構築物で形質転換した。   A duckweed nodule culture (derived from Lemna minor C016) was transformed with the GUS expression construct using Agrobacterium-mediated transformation as follows.

GUS発現構築物に使用した発現ベクターはpBMSP−3であった。この発現ベクターは米国特許第5,955,646号(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に記載されているpBMSP−1から誘導される。pBMSP−3転写カセットはアグロバクテリウム−ツメファシエンスオクトパイン・シンターゼから誘導される転写活性化ヌクレオチド配列の3つのコピー、およびアグロバクテリウム−ツメファシエンスマノパイン・シンターゼ遺伝子から誘導される別の転写活性化ヌクレオチド配列、アグロバクテリウム−ツメファシエンスマノパイン・シンターゼ遺伝子から誘導されるプロモーター領域、関心あるポリペプチドをコードするヌクレオチド配列の挿入のためのポリリンカー部位、ならびにアグロバクテリウム−ツメファシエンスノパリン・シンターゼ遺伝子から誘導される終止配列を含有する。この発現ベクターはまた選択マーカーとしてネオマイシン・ホスホトランスフェラーゼIIをコードするヌクレオチド配列をも含有する。選択マーカー配列の転写はアグロバクテリウム−ツメファシエンスノパリン・シンターゼ遺伝子から誘導されるプロモーターにより駆動される。pBMSP−3はさらにプロモーターおよびポリリンカーの間に挿入されたトウモロコシデヒドロゲナーゼ遺伝子(GenBankアクセッション番号X04049)のヌクレオチド1222〜1775に相当するヌクレオチド配列を含有する。この実施例で用いられるGUS発現構築物を作製するために、GUSコード配列およびカナマイシン抵抗性遺伝子をpBMSP−3発現ベクターに挿入した。   The expression vector used for the GUS expression construct was pBMSP-3. This expression vector is derived from pBMSP-1 described in US Pat. No. 5,955,646, which is hereby incorporated by reference. The pBMSP-3 transcription cassette is composed of three copies of a transcription-activating nucleotide sequence derived from Agrobacterium-tumefaciens octopine synthase, and another derived from the Agrobacterium-tumefaciens manopine synthase gene. A transcription-activating nucleotide sequence, a promoter region derived from the Agrobacterium tumefaciens manopain synthase gene, a polylinker site for insertion of a nucleotide sequence encoding a polypeptide of interest, and Agrobacterium tumefa Contains a termination sequence derived from the Ciensnopaline synthase gene. This expression vector also contains a nucleotide sequence encoding neomycin phosphotransferase II as a selectable marker. Transcription of the selectable marker sequence is driven by a promoter derived from the Agrobacterium tumefaciens nopaline synthase gene. pBMSP-3 further contains a nucleotide sequence corresponding to nucleotides 1222-1775 of the maize dehydrogenase gene (GenBank accession number X04049) inserted between the promoter and polylinker. To create the GUS expression construct used in this example, the GUS coding sequence and the kanamycin resistance gene were inserted into the pBMSP-3 expression vector.

GUS発現構築物で形質転換したアグロバクテリウム−ツメファシエンス Egs05株を500mg/lのストレプトマイシン、50mg/lのスペクチノマイシンおよび50mg/lの硫酸カナマイシン含有YEB培地(1g/lの酵母抽出物、5g/lの牛肉抽出物、5g/lのペプトン、5g/lのスクロース、0.5g/lのMgSO4)上で成長させた。 Agrobacterium tumefaciens strain Egs05 transformed with GUS expression construct was transformed into YEB medium (1 g / l yeast extract, 5 g / l) containing 500 mg / l streptomycin, 50 mg / l spectinomycin and 50 mg / l kanamycin sulfate. Beef extract, 5 g / l peptone, 5 g / l sucrose, 0.5 g / l MgSO 4 ).

形質転換のためのウキクサ根粒培養物を以下のように調製した。ウキクサ葉状体を分離し、滅菌メスで根を切断し、そして葉状体を、腹側を下にして、5μMの2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、0.5μMの1−フェニル−3(1,2,3−チアジアゾル−5−イル)尿素チジアズロン(Sigma製 P6186)、3%のスクロース、0.4Difco Bacto寒天(Fisher Scientific製)および0.15%Gelrite(Sigma)を補充したMurashigeおよびSkoog培地(カタログ番号 M−5519;Sigma Chemical Corporation,St.Louis、ミズーリ州)pH5.6上に置いた。葉状体を5から6週間成長させた。この時点で、概して腹側の中央部分から根粒(小型の帯黄色細胞塊)が出現した。この根粒組織片(平均サイズ3から6mg)を母葉状体から剥離し、そして3%のスクロース、0.4%のDifco Bacto寒天、1μMの2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、および2μMのベンジルアデニンを補充したMurashigeおよびSkoog培地中で培養した。   A duckweed nodule culture for transformation was prepared as follows. Duckweed fronds are isolated, roots are cut with a sterile scalpel, and fronds are ventral side down, 5 μM 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, 0.5 μM 1-phenyl-3 (1,2 , 3-thiadiazol-5-yl) urea thiazulone (Sigma P6186), Murashige and Skog medium supplemented with 3% sucrose, 0.4 Difco Bacto agar (Fisher Scientific) and 0.15% Gelrite (Sigma) (catalog) No. M-5519; Sigma Chemical Corporation, St. Louis, MO) pH 5.6. The fronds were grown for 5 to 6 weeks. At this point, nodules (small yellowish cell masses) generally appeared from the central part of the ventral side. This piece of nodule tissue (average size 3-6 mg) was exfoliated from the mother frond and 3% sucrose, 0.4% Difco Bacto agar, 1 μM 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, and 2 μM benzyladenine were added. Cultured in supplemented Murashige and Skog medium.

ウキクサ根粒培養物を以下のように形質転換した。適当なアグロバクテリウム−ツメファシエンス株を50μg/lのカナマイシンおよび100μMのアセトシリンゴンを含有YEB寒天プレート上で成長させ、十分に成長したプレートを、0.6Mのマンニトールおよび100μMのアセトシリンゴンを補充したMurashigeおよびSkoog培地100mlに再懸濁した。再懸濁した細菌の溶液に1から2分間浸漬することにより根粒培養組織に接種し、過剰の液体を吸い取らせて除去し、そして根粒成長を促進するように最適化されたオーキシンおよびサイトカイニンならびに100μMのアセトシリンゴンを補充したMurashigeおよびSkoog培地からなる共培養培地にプレートした。次いで根粒培養物を暗闇で2日間インキュベートした。   A duckweed nodule culture was transformed as follows. Appropriate Agrobacterium tumefaciens strains were grown on YEB agar plates containing 50 μg / l kanamycin and 100 μM acetosyringone, and well-grown plates were supplemented with 0.6 M mannitol and 100 μM acetosyringone Resuspended in 100 ml of Murashige and Skoog medium. Auxin and cytokinin and 100 μM optimized to inoculate nodule cultures by immersing in resuspended bacterial solution for 1 to 2 minutes, blot to remove excess fluid, and promote nodule growth Plated in co-culture medium consisting of Murashige and Skoog medium supplemented with acetosyringone. The nodule culture was then incubated in the dark for 2 days.

選択用に、根粒培養物を寒天プレートに移し(処置1、以下を参照)または2001年5月30日出願の米国特許第号仮特許出願第60/294430号および2002年5月28日出願の「高速大量処理スクリーニングのためのプレートおよび方法」と題した米国特許出願に記載されるポリエチレン支持体に適応させた24ウェルプレートに移した(処置2、以下を参照)。ポリエチレン支持体(フリット)の24ウェルプレートを調製するために、親水性ポリエチレン(厚さ1/16インチ)を24ウェルプレートに適応する大きさに切断し、そして培地交換のために中央にドリルで孔を開けた。これらのフリットを加圧滅菌し、乾燥させて、そして滑らかな表面を上にして24ウェルプレートに置いた。該フリットを3%のスクロース、1μMの2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、2μMのベンジルアデニンおよび以下の処置の一つを含有するMurashigeおよびSkoog(pH5.6)560μlで湿潤させた。
処置1:(寒天プレート)200mg/lの硫酸カナマイシンおよび500mg/lのセフォタキシム
処置2:(24ウェルプレート)200mg/lの硫酸カナマイシンおよび500mg/lのセフォタキシム
そして、連続光(20から40μ/m2・秒)の下で4日間培養した。4日目に処置1の形質転換した根粒培養物を3%のスクロース、200mg/lの硫酸カナマイシンおよび500mg/lのセフォタキシムを伴うSchenkおよびHildebrandt培地を含有する寒天培地に移した。処置2の根粒培養に関しては、12ウェルでは培地を3%のスクロース、200mg/lのカナマイシンおよび500mg/lのセフォタキシムを含有する0.5X SchenkおよびHildebrandt培地に変更し、残りの12ウェルに関しては200mg/lのカナマイシンおよび300mg/lの塩化セチルピリジニウムを含有する0.5X SchenkおよびHildebrandt培地に変更した。これらの根粒培養物を全光下でインキュベートした、6日後にいくつかのサンプルに由来する組織を染色してGUS発現をモニター観察した。結果は以下のとおりであった。
For selection, transfer the nodule culture to an agar plate (procedure 1, see below) or US patent provisional application 60/294430 filed May 30, 2001 and filed May 28, 2002. Transferred to a 24-well plate adapted to the polyethylene support described in the US patent application entitled “Plates and Methods for High Speed Mass Processing Screening” (treatment 2, see below). To prepare a 24-well plate of polyethylene support (frit), hydrophilic polyethylene (1/16 inch thick) is cut to a size that fits the 24-well plate and drilled in the center for media change. A hole was made. These frits were autoclaved, dried and placed in a 24-well plate with the smooth surface up. The frit was wetted with 560 μl of Murashige and Skoog (pH 5.6) containing 3% sucrose, 1 μM 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, 2 μM benzyladenine and one of the following treatments.
Treatment 1: (agar plate) 200 mg / l kanamycin sulfate and 500 mg / l cefotaxime Treatment 2: (24 well plate) 200 mg / l kanamycin sulfate and 500 mg / l cefotaxime and continuous light (20-40 μ / m 2 -Incubated for 4 days. On day 4, the transformed nodule culture of treatment 1 was transferred to an agar medium containing Schenk and Hildebrandt medium with 3% sucrose, 200 mg / l kanamycin sulfate and 500 mg / l cefotaxime. For treatment 2 nodule culture, the medium was changed to 0.5X Schenk and Hildebrandt medium containing 3% sucrose, 200 mg / l kanamycin and 500 mg / l cefotaxime in 12 wells and 200 mg for the remaining 12 wells. The medium was changed to 0.5X Schenk and Hildebrandt medium containing / l kanamycin and 300 mg / l cetylpyridinium chloride. These nodule cultures were incubated under total light, and after 6 days, tissues from several samples were stained and monitored for GUS expression. The results were as follows.

Figure 0004241370
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根粒培養物をさらに7週間インキュベートし、ウキクサ葉状体の再生に関してモニター観察した。セフォタキシムと共に成長した処置2ウェルからの結果を以下に示す。   The nodule culture was further incubated for 7 weeks and monitored for duckweed frond regeneration. Results from treatment 2 wells grown with cefotaxime are shown below.

Figure 0004241370
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この実験における形質転換効率は少なくとも50%であった。ポリエチレン支持体上で成長したウキクサ培養物は、寒天プレート上で成長したものよりもより迅速に再生葉状体を生成し、そして形質転換効率はより高かった。従って、ウキクサが液体培地で成長できることの実証に加えて、この実験によりウキクサを培養するためのポリエチレン支持体の使用が形質転換効率を高め、そしてトランスジェニックウキクサ系の生成に必要な時間を低下させたことが示される。これらの知見により、ウキクサ系がヌクレオチド配列の全植物基盤のスクリーニングのための貴重な方法を提供することが実証される。   The transformation efficiency in this experiment was at least 50%. Duckweed cultures grown on polyethylene supports produced regenerated fronds more rapidly than those grown on agar plates and transformation efficiency was higher. Thus, in addition to demonstrating that duckweed can grow in liquid media, this experiment increases the efficiency of transformation and reduces the time required to generate a transgenic duckweed line by culturing duckweed. Is shown. These findings demonstrate that duckweed systems provide a valuable method for whole plant-based screening of nucleotide sequences.

[高密度フォーマットでのウキクサの形質転換および再生]
〈選択マーカーとしてのカナマイシン使用〉
この実験における、発現ベクター、アグロバクテリウム株、およびウキクサ根粒培養物は実施例1に記載したとおりである。この実験において使用した根粒培養物は2週齢であった。実施例1に記載したように共培養を実施した。汚染除去および選択のために、3%のスクロース、1μMの2,4−ジクロロフェノキシアセテート、2μMのベンジルアデニン、500mg/lのセフォタキシムおよび200mg/lの硫酸カナマイシンを含むMurashigeおよびSkoog培地(pH5.6)を含有するポリエチレン支持体を適応させた24ウェルプレートに根粒培養物を移した。
[Transformation and regeneration of duckweed in high-density format]
<Use of kanamycin as a selection marker>
Expression vectors, Agrobacterium strains, and duckweed nodule cultures in this experiment are as described in Example 1. The nodule culture used in this experiment was 2 weeks old. Co-culture was performed as described in Example 1. Murashige and Skoog medium (pH 5.6) containing 3% sucrose, 1 μM 2,4-dichlorophenoxyacetate, 2 μM benzyladenine, 500 mg / l cefotaxime and 200 mg / l kanamycin sulfate for decontamination and selection. The nodule culture was transferred to a 24-well plate adapted with a polyethylene support containing

翌日、24ウェルプレートの培地を以下のように交換した。古い培地を除去し、そして新鮮な培地200μlを加えた。過剰の培地を除去した。さらに培地200μlを加え、そして記載したように除去した。さらに培地200μlを加えた。培地がポリエチレン支持体のレベルを超えて上昇すると、過剰の培地を除去した。   On the next day, the medium of the 24-well plate was changed as follows. The old medium was removed and 200 μl of fresh medium was added. Excess medium was removed. An additional 200 μl of medium was added and removed as described. Furthermore, 200 μl of medium was added. When the medium rose above the level of the polyethylene support, excess medium was removed.

翌日、24ウェルプレートの培地を前記したように交換した。次いで2日毎にさらにおよそ2週間培地を交換した。この時点で根粒培養物の成長をモニター観察した。24ウェルのうち20個のウェルが生存カルス細胞を含有した。   The next day, the media in the 24-well plate was changed as described above. The medium was then changed every 2 days for approximately 2 weeks. At this point, the growth of the nodule culture was monitored. Twenty of the 24 wells contained viable callus cells.

続いて根粒培養物を3%のスクロース、200mg/lのカナマイシンおよび500mg/lのセフォタキシムを含有する0.5X SchenkおよびHildebrandt培地中で保持し、そして培地交換を2日毎におよそ4週間、そして次に週1回でさらに4週間実施した。SchenkおよびHildebrandt培地への変更のおよそ1週間後、5個のウェルからの細胞を染色してGUS発現を検出した。結果は以下のとおりである。   Subsequently, the nodule cultures were maintained in 0.5X Schenk and Hildebrandt medium containing 3% sucrose, 200 mg / l kanamycin and 500 mg / l cefotaxime, and medium changes every 2 days for approximately 4 weeks and then Once a week for four more weeks. Approximately one week after the change to Schenk and Hildebrandt medium, cells from 5 wells were stained to detect GUS expression. The results are as follows.

Figure 0004241370
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選択下で8週後に、ウキクサ培養物が3つの成長パターンを呈した。16%の培養物が速やかな成長を呈した。この場合ウェルはウキクサ葉状体でほとんど完全に充満していた。62%の培養物が穏やかな成長を呈し、この場合ウェルはウキクサ葉状体でおよそ半分充満しており、そして12%のサンプルがゆっくりした成長を呈し、この場合ウェルの半分未満がウキクサ葉状体で充満していた。   After 8 weeks under selection, duckweed cultures exhibited three growth patterns. 16% of the cultures exhibited rapid growth. In this case, the well was almost completely filled with duckweed fronds. 62% of the cultures show moderate growth, in which the wells are approximately half full of duckweed fronds and 12% of the samples show slow growth, in which less than half of the wells are duckweed fronds It was full.

選択下で11週後に、24個のウキクサ培養物のうちの18個が再生した葉状体を含有し、全体の形質転換効率は75%以上であった。   After 11 weeks under selection, 18 out of 24 duckweed cultures contained regenerated fronds and the overall transformation efficiency was over 75%.

[高密度フォーマットでのウキクサの形質転換および再生]
〈選択マーカーとしてG418使用〉
この実験の目的はさらにウキクサ形質転換効率を高め、そしてトランスジェニックウキクサ系を再生するのに必要な時間を低減させるための方法を試験することであった。
[Transformation and regeneration of duckweed in high-density format]
<Use G418 as a selection marker>
The purpose of this experiment was to test methods to further increase duckweed transformation efficiency and reduce the time required to regenerate transgenic duckweed lines.

この実施例における発現ベクターおよびアグロバクテリウム株は実施例1で記載したとおりのものである。ウキクサ根粒をL.minor株8627から誘導した。実質的に実施例1で記載したように根粒培養物を調製し、例外はいくつかの根粒組織サンプルを3%のスクロース、0.4%のDifco Bacto寒天、1μMの2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、および2μMのベンジルアデニンを補充したMurashigeおよびSkoog培地中で培養し(「対照」サンプルと称する)、そしていくつかの根粒組織サンプルを、同一添加物を含有する0.5XSchenkおよびHildebrandt培地上で成長させた(「前処置」サンプルと称する)。   The expression vectors and Agrobacterium strains in this example are as described in Example 1. Duckweed nodules Derived from minor strain 8627. A nodule culture was prepared substantially as described in Example 1, with the exception of some nodule tissue samples containing 3% sucrose, 0.4% Difco Bacto agar, 1 μM 2,4-dichlorophenoxyacetic acid. And cultured in Murashige and Skoog medium supplemented with 2 μM benzyladenine (referred to as “control” samples), and several nodule tissue samples were grown on 0.5X Schenk and Hildebrandt medium containing the same additives (Referred to as “pre-treatment” samples).

実施例1に記載したように共培養を実施した。汚染除去および選択のために、3%のスクロース、1μMの2,4−ジクロロフェノキシアセテート、2μMのベンジルアデニン、500mg/lのセフォタキシムおよび25mg/l、50mg/l、100mg/l、または200mg/lの濃度のG418を含むMurashigeおよびSkoog培地(pH5.6)をウェルあたり560μl含有する多孔性ポリエチレン支持体を適応させた24ウェルプレートに根粒培養物を移した。   Co-culture was performed as described in Example 1. For decontamination and selection, 3% sucrose, 1 μM 2,4-dichlorophenoxyacetate, 2 μM benzyladenine, 500 mg / l cefotaxime and 25 mg / l, 50 mg / l, 100 mg / l, or 200 mg / l The nodule cultures were transferred to 24-well plates adapted with a porous polyethylene support containing 560 μl per well of Murashige and Skoog medium (pH 5.6) containing various concentrations of G418.

実施例2に記載したようにウキクサ培地を交換した。G418は強力な選択圧を提供するので、選択の3週後に形質転換された細胞は死滅した。選択の6週後のみで多数の再生されたウキクサ葉状体が観察された。8週後に、以下に示すように形質転換効率が決定された。   The duckweed medium was changed as described in Example 2. Since G418 provides a strong selection pressure, transformed cells died after 3 weeks of selection. Many regenerated duckweed fronds were observed only after 6 weeks of selection. After 8 weeks, transformation efficiency was determined as shown below.

Figure 0004241370
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この実施例により、本発明の方法を用いてわずか6週でトランスジェニックウキクサ系を生成することができ、形質転換効率は80%以上であることが実証される。   This example demonstrates that a transgenic duckweed line can be generated in as little as 6 weeks using the method of the present invention, with a transformation efficiency of over 80%.

[関心ある生物学的機能を有するタンパク質変種の同定]
以下の実施例は、変種が少なくとも一つの特性において天然発生ポリペプチドと異なっている、天然発生ポリペプチドの変種の識別に関する。
[Identification of protein variants with biological functions of interest]
The following examples relate to the identification of variants of a naturally occurring polypeptide that differ from the naturally occurring polypeptide in at least one characteristic.

変種を生成するために、ポリペプチドのコード配列を飽和変異誘発に供してヌクレオチド配列の集団を作製し、その各々は元来コードされるポリペプチドのアミノ酸変種をコードする。このような方法は当分野で公知であり、例えば米国特許第6,096,548号、第6,117,679号、第6,132,970号、第6,165,793号、および第6,180,406号に記載されている(引用することにより本明細書の一部をなすものとする)。   To generate variants, the polypeptide coding sequence is subjected to saturation mutagenesis to create a population of nucleotide sequences, each of which encodes an amino acid variant of the originally encoded polypeptide. Such methods are known in the art, such as US Pat. Nos. 6,096,548, 6,117,679, 6,132,970, 6,165,793, and , 180, 406 (which is incorporated herein by reference).

関心ある特性を有する変種をコードするヌクレオチド配列を同定するために、変種ヌクレオチド配列の集団を前記したように生成し、アグロバクテリウムバイナリー・ベクターにクローン化し、そして大腸菌に形質転換する。およそ5,000から10,000個のコロニーをこのライブラリーから採取し、そしてエレクトロポレーションにより対応するプラスミドをアグロバクテリウムに形質転換する。当分野で公知の自動化コロニー採取技術(例えばUberら、Biotechniques 11(5):642−647(1991)およびWatsonら、Nucleic Acids Res.20:4599−4606(1992)(引用することにより本明細書の一部をなすものとする))を用いてウキクサの形質転換に使用するために単一のアグロバクテリウムコロニーを採取する。   In order to identify nucleotide sequences encoding variants having the property of interest, a population of variant nucleotide sequences is generated as described above, cloned into an Agrobacterium binary vector, and transformed into E. coli. Approximately 5,000 to 10,000 colonies are picked from this library and the corresponding plasmid is transformed into Agrobacterium by electroporation. Automated colony harvesting techniques known in the art (eg, Uber et al., Biotechniques 11 (5): 642-647 (1991) and Watson et al., Nucleic Acids Res. 20: 4599-4606 (1992) (hereby incorporated by reference). A single Agrobacterium colony for use in duckweed transformation.

各ウェルへのフィルター支持体の添加によりウキクサ培養物の処置に特に適応させた24ウェルプレートのウェル(アグロバクテリウムコロニーあたり1、2、または3ウェル)に単一のコロニーアグロバクテリウム調製物を加え(2001年5月30日出願の米国仮特許出願第60/294430号、および2002年5月28日出願の「高速大量処理スクリーニングのためのプレートおよび方法」と題した米国特許出願参照)、そしてウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、またはウキクサ懸濁培養物を各ウェルに加える。共培養、選択および再生ステップを、前記の実施例で記載した、特別に適応させた24ウェルプレートで行う。全ての液体移動を自動化プレート処理および液体処理手順を用いて実施する。   Single colony Agrobacterium preparations in wells (1, 2, or 3 wells per Agrobacterium colony) of 24-well plates specially adapted for treatment of duckweed cultures by addition of filter support to each well In addition (see U.S. Provisional Patent Application No. 60/294430, filed May 30, 2001, and U.S. Patent Application entitled “Plates and Methods for High-Speed Mass Screening”, filed May 28, 2002), A duckweed plant culture, duckweed nodule culture, or duckweed suspension culture is then added to each well. The co-culture, selection and regeneration steps are performed in specially adapted 24-well plates as described in the previous examples. All liquid transfers are performed using automated plate processing and liquid processing procedures.

再生に続いて、関心ある特性を有する変種ポリペプチドの発現に関してトランスジェニックウキクサ植物をアッセイする。いくつかの例では、元来のコードされたポリペプチドはその分泌を指示する配列を含有している。これらの場合、培地をトランスジェニック動物ウキクサから除去し、そしてアッセイして関心ある特性を有する変種ポリペプチドの存在を決定する。このようなアッセイを当分野で公知の高速大量処理スクリーニング方法を用いて行う。   Following regeneration, transgenic duckweed plants are assayed for expression of variant polypeptides having the property of interest. In some examples, the original encoded polypeptide contains a sequence that directs its secretion. In these cases, the media is removed from the transgenic duckweed and assayed to determine the presence of the variant polypeptide having the property of interest. Such assays are performed using high speed, high throughput screening methods known in the art.

ポリペプチドがウキクサ組織内で発現されるこれらの例では、自動化技術を用いてウキクサ組織を破壊し、そして発現されたポリペプチドを抽出する。次いで関心ある特性を有する変種ポリペプチドの存在に関して抽出物をアッセイする。   In those instances where the polypeptide is expressed in duckweed tissue, automated techniques are used to disrupt duckweed tissue and extract the expressed polypeptide. The extract is then assayed for the presence of a variant polypeptide having the property of interest.

関心ある変種を発現するウキクサを含有するウェルが複数のトランスジェニック系を含有する場合、このウェルからの葉状体を1個ずつに分離し、そして次にアッセイして、どの個々の系が関心ある特性を有する変種ポリペプチドを発現するかを決定する。   If the well containing the duckweed expressing the variant of interest contains multiple transgenic lines, the fronds from this well are separated one by one and then assayed to determine which individual line is of interest Determine whether to express a variant polypeptide with the characteristics.

[ウキクサにおけるcDNA発現ライブラリーのスクリーニング]
この実施例は関心ある生物学的応答を調節するヌクレオチド配列に関してcDNAライブラリーをスクリーニングすることに関する。
[Screening of cDNA expression library in duckweed]
This example relates to screening a cDNA library for nucleotide sequences that modulate the biological response of interest.

エレクトロポレーションによりcDNA発現ライブラリーをアグロバクテリウムに形質転換し、そしてアグロバクテリウム培養物を単一のコロニーから誘導し、そして1534ウェルプレート中に保持する。前記の実施例に記載したように形質転換されたアグロバクテリウムをウキクサ培養物と共培養する。前記したようにトランスジェニックウキクサ植物を再生し、そして次に環境撹乱における変化、例えば温度変化、日長、水分ポテンシャル変化、光レベル変化、病原体暴露、および毒素暴露に対するその応答に関してアッセイする。トランスジェニックウキクサ細胞系の単一の集合を用いて、多くの異なる応答に関与するコード化タンパク質に関してスクリーニングすることができる。   The cDNA expression library is transformed into Agrobacterium by electroporation and the Agrobacterium culture is derived from a single colony and maintained in a 1534 well plate. Agrobacterium transformed as described in the previous examples is co-cultured with duckweed culture. Transgenic duckweed plants are regenerated as described above and then assayed for changes in environmental disturbances such as temperature changes, day length, water potential changes, light level changes, pathogen exposure, and their response to toxin exposure. A single collection of transgenic duckweed cell lines can be used to screen for encoded proteins involved in many different responses.

本明細書にて記載した全ての刊行物および特許出願は本発明が関係する当分野の当業者のレベルの水準である。全ての刊行物および特許出願は、各々別個の刊行物および特許出願が具体的におよび個別に本明細書に組み入れられるのと同程度に、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。   All publications and patent applications mentioned in this specification are at the level of ordinary skill in the art to which this invention pertains. All publications and patent applications are hereby incorporated by reference to the same extent as if each separate publication and patent application was specifically and individually incorporated herein. To do.

理解を明確にする目的で、本発明を説明および実施例によりいくらか詳細に記載してきたが、添付の請求の範囲内で特定の変更および修飾を実施できることは明らかであろう。   Although the present invention has been described in some detail by way of illustration and example for purposes of clarity of understanding, it will be apparent that certain changes and modifications may be practiced within the scope of the appended claims.

Claims (17)

関心ある核酸分子を識別するための高速大量処理方法であって、
(a)高密度フォーマットプレートもしくは容器中の多孔性支持体上で、ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物を、ポリペプチドをコードする配列を含む被験ヌクレオチド配列で形質転換するステップと、
(b)液体培地中の該多孔性支持体上で、該ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物を、該被験ヌクレオチド配列によりコードされるポリペプチドが発現される条件下で、培養するステップであって、該多孔性支持体が高密度フォーマットプレートもしくは容器中の該液体培地の交換を可能にする、培養するステップと、
c)該被験ヌクレオチド配列でコードされたポリペプチドが、生物学的応答を調節するか決定するステップであって、該生物学的応答を調節するポリペプチドをコードする被験ヌクレオチド配列が、関心ある核酸分子として識別され、ステップ(a)及びステップ(b)が、同一の高密度フォーマットプレートもしくは容器中で行われる、方法。
A fast mass processing method for identifying nucleic acid molecules of interest, comprising:
(A) a duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture on a porous support in a high-density format plate or container , comprising a sequence encoding a polypeptide Transforming with a test nucleotide sequence;
(B) a polypeptide encoded by the test nucleotide sequence on the porous support in liquid medium, wherein the duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture. Culturing under conditions such that the porous support allows replacement of the liquid medium in a high density format plate or container; and
( C) determining whether the polypeptide encoded by the test nucleotide sequence modulates a biological response, wherein the test nucleotide sequence encoding the polypeptide that modulates the biological response is of interest A method, identified as a nucleic acid molecule, wherein steps (a) and (b) are performed in the same high-density format plate or container .
前記生物学的応答が、温度変化に対する応答、日長変化に対する応答、水分ポテンシャル変化に対する応答、光レベル変化に対する応答、病原体への暴露に対する応答、毒素への暴露に対する応答、植物ホルモンに対する応答、または植物成長レギュレーターに対する応答からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。The biological response is a response to a change in temperature, a response to a change in day length, a response to a change in water potential, a response to a change in light level, a response to exposure to a pathogen, a response to exposure to a toxin, a response to a plant hormone, or 2. The method of claim 1 selected from the group consisting of responses to plant growth regulators. 前記関心ある核酸分子で形質転換されたウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物の成長速度が、該関心ある核酸分子で形質転換されていないウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物の成長速度と比較して変化しており、前記生物学的応答を調節する前記ポリペプチドの能力が、前記被験ヌクレオチド配列で形質転換されたウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物の成長速度決定により決定される請求項1の方法。A duckweed plant that has a growth rate of duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture transformed with said nucleic acid molecule of interest not transformed with said nucleic acid molecule of interest The ability of the polypeptide to modulate the biological response that is altered relative to the growth rate of the culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture The method of claim 1, as determined by growth rate determination of a duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture transformed with the sequence. 選択的成長条件下での前記関心ある核酸分子で形質転換されたウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物の成長速度が、同一の選択的成長条件下での該関心ある核酸分子で形質転換されていないウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物の成長速度と比較して増大しており、前記被験ヌクレオチド配列で形質転換されたウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物の成長速度が選択的成長条件下で決定される請求項3の方法。The growth rate of duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture transformed with the nucleic acid molecule of interest under selective growth conditions is the same The growth rate of a duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture not transformed with the nucleic acid molecule of interest under 4. The method of claim 3 , wherein the growth rate of duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture transformed with the nucleotide sequence is determined under selective growth conditions. 選択的成長条件下での前記関心ある核酸分子で形質転換されたウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物の成長速度が、同一の選択的成長条件下での該関心ある核酸分子で形質転換されていないウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物の成長速度と比較して低減しており、前記被験ヌクレオチド配列で形質転換されたウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物の成長速度が選択的成長条件下で決定される請求項3の方法。The growth rate of duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture transformed with the nucleic acid molecule of interest under selective growth conditions is the same The growth rate of the duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture not transformed with the nucleic acid molecule of interest below, wherein said test 4. The method of claim 3 , wherein the growth rate of duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture transformed with the nucleotide sequence is determined under selective growth conditions. 前記選択的成長条件が、高濃度の塩、制限された光レベル、制限されたpH、病原体の存在および毒素の存在のうちの少なくとも一つを含む請求項4の方法。5. The method of claim 4 , wherein the selective growth conditions comprise at least one of a high concentration of salt, a restricted light level, a restricted pH, the presence of a pathogen and the presence of a toxin. 前記選択的成長条件が、高濃度の塩、制限された光レベル、制限されたpH、病原体の存在および毒素の存在のうちの少なくとも一つを含む請求項5の方法。6. The method of claim 5 , wherein the selective growth conditions comprise at least one of a high concentration of salt, a restricted light level, a restricted pH, the presence of a pathogen and the presence of a toxin. 前記ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物が、前記被験ヌクレオチド配列を含むアグロバクテリウムで接種することにより形質転換される請求項1の方法。  The method of claim 1, wherein said duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture is transformed by inoculation with Agrobacterium comprising said test nucleotide sequence. 前記ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物がバリスティック・ボンバードメントにより形質転換される請求項1の方法。  The method of claim 1, wherein the duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture is transformed by ballistic bombardment. 前記ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物がエレクトロポレーションにより形質転換される請求項1の方法。  The method of claim 1, wherein the duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture is transformed by electroporation. 前記ウキクサプロトプラスト細胞培養物が、ポリエチレングリコール(PEG)媒介形質転換により形質転換される、請求項1の方法。2. The method of claim 1, wherein the duckweed protoplast cell culture is transformed by polyethylene glycol (PEG) mediated transformation. 前記ウキクサ植物培養物、ウキクサ根粒培養物、ウキクサ懸濁培養物、またはウキクサプロトプラスト細胞培養物が、Spriodela属、Wolffia属、Wolfiella属およびLemna属からなる群から選択される請求項1の方法。  The method of claim 1, wherein the duckweed plant culture, duckweed nodule culture, duckweed suspension culture, or duckweed protoplast cell culture is selected from the group consisting of the genus Spriodela, the genus Wolfifia, the genus Wolfiella and the genus Lemna. 前記ウキクサ植物またはウキクサ根粒がコウキクサ(Lemna minor)、ヒメウキクサ(Lemna miniscula)、ナンゴクアオウキクサ(Lemna aequinocitalis)、およびイボウキクサ(Lemna gibba)からなる群から選択される請求項12の方法。The duckweed plant or duckweed nodule is selected from the group consisting of Lemna minor, Lemna miniscula, Lemna aequinocitalis and Lemna gibba group 12 selected from the group of Lemna giba. 前記生物学的応答を調節する前記ポリペプチドの能力が、生化学的アッセイにより決定される、請求項1の方法。2. The method of claim 1, wherein the ability of the polypeptide to modulate the biological response is determined by a biochemical assay. 前記生物学的応答を調節する前記ポリペプチドの能力が、生理学的アッセイにより決定される、請求項1の方法。2. The method of claim 1, wherein the ability of the polypeptide to modulate the biological response is determined by a physiological assay. 前記生物学的応答を調節する前記ポリペプチドの能力が、表現型の変化により決定される、請求項1の方法。2. The method of claim 1, wherein the polypeptide's ability to modulate the biological response is determined by a phenotypic change. 前記生物学的応答を調節する前記ポリペプチドが作用物質の結合部位を有し、関心ある該生物学的応答を調節する該ポリペプチドの存在が、該生物学的応答を調節する該ポリペプチドと該作用物質との間の複合体形成を検出することにより決定される請求項1の方法。 The polypeptide that modulates the biological response has a binding site for an agent, and the presence of the polypeptide that modulates the biological response of interest comprises the polypeptide that modulates the biological response; 2. The method of claim 1 determined by detecting complex formation with said agent.
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